随着量子计算领域的迅速发展，寻找高效且可扩展的量子比特编码方式成为实现实用量子计算机的关键。Gottesman–Kitaev–Preskill（简称GKP）量子比特，作为一种以连续变量光学模式构建的编码方案，凭借其在噪声抗性和容错逻辑门实现上的独特优势，逐渐成为光子量子信息处理的热门研究方向。近期，基于集成光子技术的GKP量子比特源的重大突破，为光子量子计算的实际应用铺平了道路。 传统的光子量子计算依赖自由空间光学元件和复杂的非线性过程来生成非高斯态，如单光子和Schrödinger猫态，但这些方案因体积大、系统复杂以及光学损耗高，难以实现大规模集成和扩展。相较之下，GKP编码利用光场中幅度和相位的正交量子化格点实现逻辑量子比特，能够在高斯操作——如光束分束器、相位移和同频检测中，完成确定性且高效的逻辑门操作。这不仅降低了硬件门槛，也突破了传统光子量子计算面临的概率性制约。
实现高质量GKP态的关键挑战在于如何产生具备网格结构和Wigner函数负值特征的近似GKP态。 集成光子技术的引入，不仅缩小了物理尺寸，还极大地提高了光学系统的稳定性和可重复性。新一代的芯片采用高度优化的硅氮化物波导平台，具备超低光学损耗和高光学非线性，为多模量子态生成奠定基础。通过在芯片上整合多路微环谐振器和光子分束器，利用受控的跨模干涉及非线性四波混频过程，能够产生高纯度且模式匹配的单模式压缩态。更为重要的是，这些量子态随后通过可编程的线性干涉网络实现纠缠并加工，最终借助超高效率的光子数分辨探测器进行多通道的条件性杂凑，成功实现GKP态的海拔制备。 这一创新实验整合了高度精密的光学设计与先进的检测技术。
条件制备中使用的光子数分辨探测器采用了冷却至低温的过渡边缘传感器，单个探测器的效率可达到近99.9%，确保了制备过程中的低误差率。借助于芯片级的光功率稳定调节与相位锁定，系统实现了每秒数十赫兹的成功率，有效满足了后续规模化量子计算的实时需求。实验结果中展示的GKP态呈现出清晰的多峰分布和3×3负值网格的Wigner函数结构，标志着实现容错量子码所需的关键特征得以实现。 GKP量子比特独特的优势还体现在其对高斯噪声的固有抵抗能力。通过编码在相空间的周期性格点，GKP编码能巧妙地容忍一定强度的光学损耗和相位噪声，减少了对极低错误率物理器件的依赖。随着芯片制造技术的不断进步，光路和耦合损耗持续降低，集成光子平台有望生成超越容错阈值的高质量GKP态，为光学测量基量子计算中定义的傅立叶空间逻辑门的实现提供坚实支撑。
未来发展方向一方面聚焦于提升制备效率与态的纯净度。利用多模式嘎斯波色子采样架构（Gaussian Boson Sampling，GBS）结合主动多路复用方式，可实现多源并行制备及态净化，从而显著提升计算规模和容错能力。另一方面，进一步集成多种对光学相互作用的控制模块及高效低温探测器，可极大增强系统的稳定性和灵活性，满足复杂量子算法对多量子比特协同制备的需求。 集成光子制备GKP状态的突破不仅对量子计算产生深远影响，也为量子通信和量子传感领域开启新篇章。GKP态作为一种优化的量子信道编码方式，能显著降低通信误码率，提升远距离量子信息传递的可行性。同时，其精细的量子态结构也促进高灵敏度量子传感器网络的发展，助力科学探测的极限突破。
总结而言，基于集成光子平台的GKP量子比特源实现，代表了量子信息科学迈向实用化和大规模化的重要里程碑。未来，随着芯片光学制备技术、光子探测器性能及系统集成策略的进一步完善，有望建立面向通用光子量子计算的高性能容错量子硬件。该技术融合了半导体工业成熟的制造工艺与先进量子物理理论，预示着量子计算将实现在室温下、可靠且高效的运行模式，极大推动量子技术产业的快速发展和应用落地。
