論文の概要: Direct observation of photon-induced vortices in superconducting films
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.13664v1
- Date: Wed, 15 Jul 2026 10:06:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-16 16:39:12.740612
- Title: Direct observation of photon-induced vortices in superconducting films
- Title（参考訳）: 超伝導薄膜における光子誘起渦の直接観察
- Authors: Takeshi Jodoi, Fuminori Hirayama, Tetsuya Tsuruta, Takahiro Kikuchi, Daiji Fukuda,
- Abstract要約: 渦対対 (VAP) は超伝導検出器の光子検出機構において中心的な役割を果たす。
超伝導体における光子誘起VAPダイナミクスの直接観察について報告する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Nucleation of vortex-antivortex pairs (VAPs) is believed to play a central role in the photon detection mechanism of superconducting detectors; however, their direct dynamic observation has remained challenging. Here, we report the direct observation of photon-induced VAP dynamics in a current-carrying superconductor as quantized voltage signals following photon absorption. The observed signals are interpreted as discrete phase-slip events, where each vortex traversal induces a 2-pi phase change of the superconducting order parameter, resulting in a quantized voltage pulse whose time integral is given by the magnetic flux quantum. We analyze the resulting quantized signals as a function of bias current, base temperature, and input photon-number states, and find that the number of VAPs generated per absorbed photon becomes effectively stabilized under specific conditions. Under these conditions, we demonstrate photon-number-resolving capability by directly counting phase-slip-induced voltage quanta. Our results reveal a detection mechanism governed by phase dynamics rather than conventional resistive transitions. We further show that photon-number resolution emerges when the fluctuation of photon-induced vortex-antivortex pair generation becomes statistically suppressed. These findings establish a new route toward photon-number-resolving detection based on phase-slip counting and open opportunities for high-speed superconducting detectors for quantum optics and photonic quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 渦対 (VAP) の核生成は超伝導検出器の光子検出機構において中心的な役割を果たすと考えられているが、その直接の動的観察は依然として困難である。
本稿では、光子吸収後の量子化電圧信号として、超伝導体中の光子誘起VAPダイナミクスを直接観察する。
観測された信号は離散位相スリップ現象として解釈され、各渦トラバーサルは超伝導秩序パラメータの2-pi位相変化を誘導し、時間積分が磁束量子によって与えられる量子化された電圧パルスとなる。
得られた量子化信号をバイアス電流, 基底温度, 入力光子数状態の関数として解析し, 吸収光子毎に発生するVAPの数が, 特定の条件下で有効に安定化されることを見出した。
これらの条件下では、位相スリップ誘起電圧量子を直接数えることにより、光子数分解能を示す。
その結果, 従来の抵抗遷移ではなく, 相動力学によって制御される検出機構が明らかとなった。
さらに,光子による渦対生成の変動が統計的に抑制されると,光子数分解能が出現することを示す。
これらの知見は、位相スリップ計数と高速超伝導検出器による量子光学およびフォトニック量子技術のための開機会に基づく光子数分解検出への新たな経路を確立する。
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