利用超导砷化镉拓扑表面态的微波光子数分辨探测器

光子数分辨探测器在量子光学中起着核心作用。在微波频段分辨吸收光子数的一个关键挑战是寻找一种合适材料，其不仅提供用于吸收低能光子的适当能带结构，还提供检测离散光电子激发的手段。为此，我们提出使用具有拓扑半金属表面态的超导砷化镉（Cd3As2）作为探测器，通过测量吸收光子后的温升来实现。表面电子吸收入射光子，然后通过热将多余能量传递给超导块体的声子模式。温升可通过测量零偏压块体电阻率的变化来确定，这不会显著影响晶格动力学。此外，所获得的温升随吸收光子数离散地变化，从而实现光子数分辨功能。在此，我们将计算作为吸收光子数与频率函数的温升。我们还将推导从表面电子到块体声子的热传递过程的时间尺度。我们将具体表明，该传递过程足够快，可忽略热耗散损失。