随着量子计算技术的迅速发展，量子比特的高效生成和操控一直是实现大规模量子计算机的核心挑战之一。近年来，Gottesman–Kitaev–Preskill（简称GKP）量子比特由于其独特的编码优势和对高效量子门操作的支持，成为光子量子计算领域的研究热点。传统光学方案多依赖于自由空间光学器件，虽取得了一定的实验进展，但其扩展性和集成度限制了实际应用。基于集成光子学平台的GKP量子比特生成技术，打破了这些瓶颈，提供了一条具有高度可扩展性和实用性的光子量子比特制备路线。GKP量子比特的诞生基于量子谐振子的无限维希尔伯特空间，通过精心构造的相位空间格点编码实现量子信息的冗余嵌入。这一设计不仅提升了量子态对噪声的容忍度，而且使克利福德门可以通过线性光学元件如分束器、相位调制器和均衡探测器以确定性方式完成，显著减少了非线性操作的需求。
开发集成光学芯片来生成GKP态，关键在于优化非线性光学过程如自发四波混频（SFWM）以产生高纯度的挤压态光子，并利用可编程的光路干涉网络实现多模态纠缠，最终通过高性能光子数分辨（PNR）探测实现原位态筛选和制备。硅氮化物（SiN）材料因其低光学损耗和良好的非线性特性，成为实现集成光学GKP源的理想平台。采用多层次工艺在300毫米晶圆上制造的超低损耗SiN波导结合微环谐振器阵列，达到了高效增强SFWM效应的目的，同时抑制了寄生非线性过程，确保量子态的纯净度和可重复性。为了精准控制和稳定量子态相干性，实验设计中引入了多级非对称Mach–Zehnder干涉器（MZI）滤波器，有效滤除泵光及噪声背景。量子态生成后的多模纠缠，在一个可编程的“楼梯式”干涉网络中实现数模干涉，利用热光控相器动态调节干涉参数，为制备不同格点结构的GKP态提供灵活性。探测环节中，使用优化设计的热边缘传感器（TES）冷却探测器，检测效率高达99.8%，同时具备优秀的光子数分辨能力，保障了高保真度的态筛选。
采用平衡同相检测（homodyne detection）技术结合大量统计采样，成功实现了GKP态的完整量子态层析。实验结果展示了清晰的多峰分布，在位置（q）和动量（p）空间上均达到四个以上可辨识峰值，且Wigner函数表现出明显的负值区域，验证了生成态具有丰富的非高斯特征，满足理论上的容错需求。不同探测器事件对应多样的非高斯态，如猫态和不同格点结构的GKP态，为多态系统的灵活调制与状态优化奠定基础。有效挤压量度和稳定子期望值计算表明，虽然当前系统存在约20%的总损耗，但通过进一步降低芯片、封装及光路传输损耗，有望突破99.5%的传输效率，达到大于10 dB的对称有效挤压水平，实现理论容错门槛。该成果标志着首个集成化光学平台成功制备符合容错要求的GKP量子比特，为光子量子计算大规模推广奠定坚实基础。展望未来，结合多模式复用（multiplexing）和后期增益（breeding）技术，可进一步提升态产率与质量，推动半导体制造工艺与超低温探测技术的协同发展，实现百万量子比特级集成光子量子计算架构。
与此同时，这一技术同样为量子通信和量子传感领域提供了全新硬件基础，有望助力构建覆盖城域乃至全球的量子网络。总结而言，依托先进的集成光子芯片制造技术和高效探测装备，GKP量子比特的集成制备不仅突破了光子量子态生成瓶颈，更为实现实际可用的光子量子计算平台开辟了明确的技术路线。随着材料科学、纳米光子学及量子测控技术的不断融合，这一领域有望快速迈向实用化阶段，推动量子信息革命进入新纪元。
