Физики из Китая и Канады построили простой, но эффективный «диод» для микроволн, который свободно пропускает волны в одном направлении и в тысячу раз ослабляет обратные волны.

Чтобы добиться такого эффекта, ученые поместили над волноводом небольшую ЖИГ-сферу, магноны которой взаимодействовали с микроволнами. Авторы подчеркивают, что предложенный способ легко можно использовать в существующих микроволновых устройствах, например, в квантовых компьютерах на основе сверхпроводящих кубитов. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.

Одним из основных принципов электродинамики является принцип взаимности, который связывает источник и поле, которое он создает. Грубо говоря, этот принцип утверждает, что отношение между переменным током и создаваемым им электромагнитным полем не изменится, если поменять местами источник поля и прибор, который его измеряет. На практике это означает, что электромагнитные волны внутри устройств — например, внутри волновода — одинаково распространяются во всех направлениях. Кроме того, из принципа взаимности моментально следует равенство взаимных индукций двух витков с током.

Впрочем, хотя принцип взаимности и встречается в природе повсеместно, его можно нарушить, добавляя в систему нелинейности. В этом случае уравнение движения волн усложнится и при правильно подобранных параметрах потеряет обратимость во времени: следовательно, описываемые им волны будут по-разному распространяться в противоположных направлениях.

Более того, для некоторых чувствительных устройств, например, квантовых компьютеров, такое нарушение необходимо. В частности, с помощью невзаимного прибора можно измерить квантовое состояние системы, не разрушая его. К сожалению, на практике создать необратимые устройства очень сложно: обычно такие приборы получаются большими и неудобными, а создаваемый ими эффект необратимости сравнительно невелик.

Группа физиков под руководством Цань-Мин Ху (Can-Ming Hu) разработала простое и эффективное устройство, которое нарушает принцип обратимости для микроволн. Проще говоря, ученые построили микроволновый диод.