Un détecteur supraconducteur fonctionne généralement comme une règle honnête : il absorbe un photon et émet une impulsion dont l'amplitude est strictement proportionnelle à l'énergie. Ce mode est pratique, mais il a une limite : un signal faible se perd facilement dans le bruit de l'amplificateur.
Imaginons maintenant une balançoire. Tant qu'on la pousse faiblement, elle revient docilement à son point le plus bas. Mais si on pousse plus fort, elle atteint le point le plus haut et y reste un instant : le système passe dans un nouvel état stable. C'est exactement ce qui se produit avec le détecteur lorsque la puissance du signal de lecture devient grande. Le courant dans le résonateur modifie son inductance, et la réponse cesse d'être une simple copie de l'impulsion absorbée.
Les auteurs ne se sont pas contentés de décrire les états stationnaires ; ils ont suivi la dynamique d'une impulsion finie : comment elle croît, se déforme et s'atténue. Il s'avère que pour les petites impulsions, la montée est allongée, et pour les grandes, un « palier » apparaît avant la descente. Au-delà du point critique, une impulsion suffisamment énergétique fait passer le détecteur sur une autre branche stable : il « se verrouille » et y reste après la disparition des excitations.
Ce régime n'avait jamais été démontré expérimentalement auparavant. Le détecteur, qui était un mesureur analogique d'énergie, se transforme en un déclencheur à seuil réglable. Dès aujourd'hui, cela peut être utilisé dans les systèmes limités par le bruit de l'amplificateur : une impulsion étirée et amplifiée est plus facile à distinguer du bruit de fond. Le mode de verrouillage ouvre la voie à des compteurs de photons uniques avec un seuil dynamiquement réglable, par exemple pour la recherche d'événements rares en astrophysique.
La balançoire qui se contentait de se balancer peut désormais être réglée pour ne basculer que sous une forte poussée. Et c'est précisément ce basculement qui devient le signal.
Lors du verrouillage, le détecteur reste sensible à de nouvelles impulsions, mais son bruit diminue sensiblement : le système semble « se calmer » sur la nouvelle branche.