四人纠缠-CHSH

贝尔发表论文后，物理学界没有多少人关注贝尔不等式的实验验证。原因之一是许多物理学家已经深深地感受到了量子力学的正确性。他们认为世纪之争已经结束，量子现象确实与经典定律大相径庭，无论是在天堂还是在地球上。爱因斯坦的上帝和玻尔的上帝有各自的职责，所以没有必要争斗。一个负责宏观世界，另一个负责隐形妖精。我们都生活在和平之中，享受生活。没有必要用实验来检验任何贝尔不等式。相反，我们可能会发动一场战争，扰乱世界。物理学家不感兴趣的第二个原因是纠缠态的实验太难了。在实验室里维持一对电子的纠缠状态并不容易。

2011年初有一份有趣的报告。据说一些研究人员认为一种名叫鸬鹚(欧洲知更鸟)的眼睛里有一个基于量子纠缠的指南针。这种纠缠的量子效应使鸬鹚的眼睛能够感应到极其微弱的地球磁场，从而找到正确的飞行方向！我不知道这消息是真是假。还有进一步的实验验证吗？然而，从物理学家对这份报告的评论中，我们可以看出在实验室里维持纠缠态是多么困难。

如果以上关于鸬鹚眼睛的假设成立，科学家们得出结论，鸬鹚的眼睛可以比先进的实验室设备多维持20微秒的量子纠缠。因为在实验室获得的量子纠缠态非常脆弱，当原子被冷却到接近绝对零度的环境时，获得的纠缠态只能维持几千分之一秒，而室温下的纠缠态甚至更脆弱，只有几微秒的数量级。

因此，当克劳瑟告诉费曼他将用实验来测试贝尔定理时，费曼非常兴奋，他把他赶出了办公室。然而，克劳瑟坚信实验的必要性，他总是记得一位物理学家的父亲常说的一句话:“不要轻易相信理论家们构建的各种美丽的理论。最后，他们必须回来看看你在实验中得到的原始数据！”

在纽约哥伦比亚大学攻读博士学位时，克劳瑟钦佩李政道，他非常重视实验，并为该大学拥有像吴健雄这样著名的实验物理学家和先进的实验条件而感到高兴。然而，他很快意识到，吴和萨科诺夫20多年前利用正电子-正电子湮没对产生纠缠光子的方法并不十分适合验证贝尔不等式。这种方法产生的光子对能量太高，纠缠相关性不够。因此，我们必须找到新的方法，找到另一种方法。

此外，克劳瑟还一直在思考贝尔不等式的推导过程。EPR悖论、贝尔定理等概念在他脑海中反复纠缠。他几乎忘记了他的指导老师帕特里克·萨德斯给他的微波背景辐射博士项目。

还有几个有趣的故事。克罗泽的博士生导师赛斯是诺贝尔奖获得者汤斯的学生，汤斯因发明激光而获得诺贝尔奖。当克劳瑟第一次来到哥伦比亚大学时，他对与激光相关的天体物理学非常感兴趣，所以他决定和塞斯一起研究微波背景辐射。克罗泽认为这项工作非常有趣，因为据说观测结果可以用来证明大爆炸理论。起初，哥伦比亚大学物理系对博士生的成绩有严格的要求。必修课的成绩必须在b以上，否则就必须重修。其中，“高级量子力学”是四门必修课之一。克劳瑟觉得这门课很难。他只是第一次得了个C，第二次得了个C，然后又得了个C。最后，这门课程花了三个学期来满足系里的要求。在随后的采访中，克劳瑟打趣道，“我在哥伦比亚大学已经三次彻底改革了量子力学，但这并不可耻。我有一个同伴听说诺贝尔奖获得者托马斯那一年也至少上过两次这门课。”有可能正是因为量子力学的如此多的修正，克劳瑟对量子理论的基础产生了浓厚的兴趣。他改变了主意，抛弃了旧的，接受了新的。从那以后，他忽略了对微波背景辐射的研究。他还喜欢用实验来检验量子力学的基本理论，即EPR佯谬和贝尔不等式。

克罗泽一直认为，指导教授塞思是对他最有影响力的人物之一。然而，塞迪乌斯一开始并不满意克劳瑟。赛斯不喜欢克劳瑟关于贝尔不平等的工作，认为这是“浪费时间和垃圾”！看看他推荐信中的一段话，让克劳瑟找份工作。这封信是在克劳瑟完成了验证贝尔不等式的第一个实验后写的。萨迪斯在信中说:“不要雇佣这个家伙！因为一旦他有机会，他就会在量子力学实验中做些垃圾工作。”尽管赛迪斯后来为此道歉，但他的评论毁了克劳瑟的事业，使他无法找到合适的教学职位。

让我们回到克劳瑟对贝尔不等式的思考。正如我刚才所说，克劳瑟离开了赛斯教授为他计划的弯曲时空研究，陷入了量子陷阱。经过一段时间的仔细考虑，联系到实验的可能性和准确性，克劳瑟认为实验需要重新设计，最好是用可见光。此外，贝尔的不平等性也需要改进，所以他写了一份论文摘要，并将其提交给1969年在华盛顿举行的美国物理学会年会。

尽管许多物理学家不重视克劳瑟的工作，但此时在波士顿，有些人有同样的想法，想和他一起去。这是西蒙，CHSH四重奏中最老的，和他的学生霍恩。

西蒙年轻时学习哲学。1953年，当他25岁时，他获得了耶鲁大学哲学系的博士学位。毕业后不久，他获得了麻省理工学院哲学系教授的职位。在别人眼里，他已经被认为是一个成功和繁荣的年轻人。然而，西蒙尼仍然徘徊在他的“理论物理情结”。经过几年的工作，他去了普林斯顿大学攻读物理学博士学位。毕业后，他放弃了在一流大学麻省理工学院的任期，接受了波士顿大学助理教授的职位。因为这个职位是由哲学系和物理系联合设立的，在这个职位上，他可以研究他感兴趣的理论物理中的哲学问题。

在麻省理工学院任教期间，西蒙还在普林斯顿大学攻读物理学博士学位，向诺贝尔奖获得者尤金·魏格纳学习。那些年，他忙于往返波士顿和普林斯顿，相距300英里。

西蒙尼对量子力学基础理论的兴趣始于他1963年在辛辛那提参加的第一次物理学术会议。会议由鲍里斯·波多尔斯基主持。那时，爱因斯坦和玻尔已经一个接一个地去见他们的上帝了。波多尔斯基是辛辛那提泽维尔大学的教授。这是一次真正让西蒙妮兴奋的会议。参与者中有许多著名的物理学大师:魏格纳、狄拉克、波姆、阿哈洛诺夫(AB效应中的A，波姆是B)等。在小组讨论中，魏格纳提议让西蒙尼发言，西蒙尼发表了题为“观察者在量子理论中的作用”的演讲。

根据西蒙自己的记忆，狄拉克站起来问问题，把他吓死了。然而，狄拉克问了一个简单的哲学问题:“什么是唯我论？”。哲学是西蒙的老职业，当然很容易通过。此后，西蒙的兴趣和研究方向转向了量子力学的基本理论问题。此外，回到波士顿后，他得意洋洋地在会上整理了他的演讲稿，并发送给了他在现实世界中的同事。这份报纸的邮资没有浪费。有一次西蒙在他的邮箱里发现了贝尔的文章。他不知道是谁放在他的邮箱里的。这是西蒙尼第一次知道贝尔不等式和贝尔定理。读了几篇文章后，西蒙尼逐渐明白了隐藏在贝尔不等式背后的巨大意义。这是解决量子理论中深刻的哲学问题的具体措施，可以在实验室中实现。结果，西蒙妮非常兴奋。像纽约的克劳瑟一样，他千方百计达到了同样的目标，并立即陷入了量子实验的深渊。

霍恩是西蒙妮在波士顿大学的第一个研究生。他对西蒙尼给他的贝尔论文非常感兴趣，他和西蒙尼一起探索了进行这种实验的可能性。

毕竟，西蒙尼是一个有着哲学家背景的物理学家。谈论理论并不坏，他对物理实验知之甚少。因此，教授和学生老师和学生去物理系实验室问每个人，并咨询各种实验方法，所以许多人被他们无休止的问题吓到了。后来，他们被介绍与哈佛大学的一名实验物理学家交谈。总之，最后，他们幸运地找到了一个研究生霍尔特，他计划在哈佛大学做一个双光子相干实验。这三个人开始了他们的物理研究“纠缠”。

他们三人遵循与哥伦比亚大学克劳瑟相同的道路，开始写论文，但他们迟到了，没有及时将文章摘要提交给1969年华盛顿会议。

西蒙妮知道自己被抢劫时，不可避免地有点沮丧。他听取了维格纳的建议，直接给纽约的克劳瑟打了电话。出乎意料的是，克劳瑟听到有人想做同样的实验时非常惊讶和高兴。他对文章的版权表现出极大的宽宏大量，这导致了后来的CHSH论文。

这四位将军究竟是怎么纠缠在一起的？如何改善贝尔不等式？实验的结果是什么？听下一部分的解释。