超导薄膜中光子诱导涡旋的直接观测

涡旋-反涡旋对 (VAP) 的成核被认为在超导探测器的光子探测机制中起着核心作用；然而，对其直接的动力学观测仍然具有挑战性。在这里，我们报告了在载流超导体中直接观测到光子诱导的 VAP 动力学，表现为光子吸收后出现的量子化电压信号。观测到的信号被解释为离散的相位滑移事件，其中每个涡旋穿越都会引起超导序参量的 2-pi 相位变化，从而产生一个量子化的电压脉冲，其时间积分由磁通量子给出。我们分析了作为偏置电流、基底温度和输入光子数态函数的量子化信号，并发现每个吸收光子产生的 VAP 数量在特定条件下变得有效稳定。在这些条件下，我们通过直接计数相位滑移引起的电压量子来展示光子数分辨能力。我们的结果揭示了一种由相位动力学而非传统电阻转变控制的探测机制。我们进一步表明，当光子诱导的涡旋-反涡旋对产生的涨落被统计抑制时，光子数分辨就会出现。这些发现建立了一条基于相位滑移计数的光子数分辨探测的新途径，并为用于量子光学和光子量子技术的高速超导探测器开辟了机遇。