硅中自旋对 Bell 不等式的违背

Bell 定理通过严格证明存在无经典对应物的纠缠量子态，划定了经典领域与量子领域的界限。实验上违背 Bell 不等式要求在多粒子量子纠缠态的制备、操控和测量中同时具备高保真度。因此，Bell 信号被视为量子计算设备性能的单数值基准。在此，我们展示了在嵌入硅纳米电子器件的单个磷原子中，确定性、按需产生电子与核自旋的双量子比特纠缠态。通过顺序读取电子和原子核，我们表明这些纠缠态以 2.50(10) 的 Bell 信号违背了 Bell/CHSH 不等式。通过将双量子比特态的宇称映射到核自旋上，获得了更高的 2.70(9) 的值，这使得能够对宇称进行高保真度的量子非破坏性测量 (QND)。此外，我们利用 QND 测量结合完整的双量子比特态层析成像，补充了 Bell 不等式纠缠见证，结果显示我们制备的态与目标最大纠缠 Bell 态的匹配保真度 $>$96\%。这些实验证明了对磷原子双量子比特希尔伯特空间的完全控制，并表明该系统能够在单量子比特机制之外保持其同时高初始化的、操控的和测量的保真度。