量子计算作为信息技术的前沿领域，其潜在能力将颠覆传统计算方式，开启全新的计算纪元。其中，量子比特的编码和操作性能是构建可操作量子计算机的核心技术瓶颈。作为一种基于连续变量系统的优质编码方案，Gottesman–Kitaev–Preskill (GKP) 量子比特以其具备抗噪声能力和实现容错量子计算的可行性，备受学术界与业界关注。尽管早期的GKP状态实现多依赖于离散系统如离子阱和超导电路，但其规模化和实用化存在一定限制，而光子系统则凭借天然的低损耗、易于高速传输等优势，成为实现大规模量子计算的理想平台。实现高质量GKP量子比特的关键挑战在于光子态的高精度制备与整合，近期一系列由集成光子学带来的技术进步，为突破这一难题提供了强有力的支撑。硅氮化物基的多层光子芯片平台，以其超低光学损耗和高度可定制性，成为 GKP 量子比特生成的核心载体。
通过精密设计的微环谐振器阵列实现的简并双泵自发四波混频过程，能够在芯片内高效制备高纯度单模压缩真空态。这些初级光学态经过精确编排的线性光学干涉和多路光子数分辨探测器的联合作用，可实现条件态制备，成功生成满足GKP码准则的非高斯量子态。该系统利用高效的过渡边缘传感器，探测效率接近百分之百，确保了制备过程的准确性和灵敏度。该集成光路设计不仅最大化降低光学路径中的损耗，还对抑制非理想非线性效应予以优化，使得生成的GKP态在位置与动量两个正交的量子象限均表现出至少四个清晰可辨的峰，形成稳定的栅格结构和明显的Wigner函数负区域，这些特征是实现容错量子计算的核心要求。通过海量数据采集与高精度同相及正交相检测，研究团队成功重构了多个不同光子数探测事件对应的量子态密度矩阵，进而验证了生成的量子态的格点结构和非高斯性质。多种探测结果表明，该平台不仅能产生矩形格点的GKP态，还能实现六角晶格结构及多种复杂非高斯态，展示出极高的灵活性和可调节性。
分析显示，当前系统的总损耗保持在百分之二十以内，虽然尚未达到容错临界所需的近乎无损耗水平，但通过技术迭代降低芯片制作和封装损耗，结合集成的多模式放大与复杂量子态净化机制，有望迈入错误率极低的容错操作区间。较低的损耗不仅提升了有效压缩度，也为后续多模式GKP态并联、多路复用及基于测量的量子计算奠定了坚实基础。此外，该方案制备的GKP态兼容室温环境，并且无需依赖低温超导设备，显著降低了工程复杂度与系统规模成本，便于实现大规模集成和模块化部署。先进的制造工艺尊重工业规模的半导体加工流程，确保可持续的高通量生产，推动科研成果向实际应用快速转化。展望未来，集成光子平台结合智能反馈控制、多光子态纠错协议和互联量子网络技术，将成为推动光子量子计算从实验室走向实用的重要驱动力。随着制备技术的进一步成熟，百万量子比特级别的容错光子计算机蓝图正在变得可期。
总之，集成光子学在生成高质量GKP量子比特方面的突破，为光基量子计算的发展打开了一扇重要之门。通过优化芯片设计、提升探测效率及减少光损耗，未来光子量子计算机不仅具备强大的计算能力，也具备更高的稳定性和易操作性。随着该领域持续发展，GKP编码的量子信息处理必将迎来实质性的技术飞跃，推动量子信息科学迈向更加辉煌的未来。
