随着量子计算技术不断迈进，寻找高效、可扩展且稳定的量子比特源成为实现实用量子计算机的关键任务。Gottesman–Kitaev–Preskill（GKP）量子比特以其独特的编码方式和容错特性，在众多量子编码方案中脱颖而出，被广泛视为未来光基量子计算和量子信息处理的重要候选。近年来，集成光子技术在生成GKP量子比特方面取得了革命性进展，为实现大规模、实用的光基量子计算机奠定了坚实基础。GKP量子编码利用连续变量的无限维希尔伯特空间，通过精心设计的格点态实现量子信息的稳定存储与操作，展现出对高斯噪声和光学传输损耗的天然抗性。其允许利用线性光学器件如分束器、相移器和均衡探测器执行克利福德门操作，简化了量子逻辑实现难度。同时，通过辅助态制备，可实现非克利福德门的引入，迈向通用量子计算。
过去，生成具有高保真度且具备足够非高斯特性的GKP状态多依赖自由空间光学组件，受制于系统体积庞大和光损耗难以控制，阻碍了大规模集成和实用性发展。最新的研究成果基于定制的多层硅氮化物300毫米晶圆平台，成功实现超低损耗的集成光子芯片，提供了稳定且高保真的GKP量子比特制备。该芯片结合光纤耦合和高效光子数分辨探测器，实现了通过四模式高斯玻色采样（GBS）装置制备GKP态的创举。GBS装置能通过调控压缩态的量级和线性干涉网络的参数，配合对部分输出端口的光子数目选择性探测，实现对特定非高斯量子态的预言式制备。所制备的光子GKP态在位置和动量两个正交象限均展现出四个及以上可分辨峰值，Wigner函数呈现清晰的负值格子结构，标志着其高度非经典性和强烈的非高斯特征。这不仅符合理论上对用于容错量子计算GKP态的重要限制，也表明该集成光子平台具备实现未来规模化量子计算机所需的技术潜力。
实验采用了多项技术创新来提升系统性能和状态质量。首先，光子压缩通过共振增强的自发四波混频过程实现，高品质的微环谐振结构设计显著抑制了寄生非线性效应，保障了单模压缩态的纯净性。其次，集成的非对称Mach–Zehnder干涉仪用于滤除泵光和杂散光，保证信号光的高纯度传输。第三，传感采用了定制的过渡边缘传感器（Transition Edge Sensor, TES），其探测效率达到近乎百分之百，并能区分光子数目，这对准确预言生成特定非高斯态至关重要。该实验以每秒数十赫兹的成功率实现(3,3,3)三模式事件的预言式GKP态生成，给予了大量统计数据用于态的密度矩阵重构和Wigner函数映射。通过最大似然估计方法对测量数据进行处理，验证了生成态的高质量和与理论态的高度一致。
集成光子的优势在于芯片制造工艺的可控性和兼容性，推动低损耗光波导和元件的高效集成成为可能。制备态的有效压缩度（effective squeezing）已经达到数十分贝水平，且通过减少光路损耗和进一步优化器件设计，有望突破容错临界阈值。光子数预言事件的多样化也为提升成功率留下了余地，通过引入多模式和多重预言条件，可以显著提高制备效率。这些结果充分体现了集成光子技术在执行宇宙通用门和构建容错的量子计算集群态中扮演着关键角色。展望未来，结合多模资源的并行制备与动态调控，有望构建百万级别的GKP量子比特阵列，支撑复杂量子算法的实现。除此之外，GKP态在量子通信长距离传输和量子传感精度提升方面同样具有显著优势。
该平台的可扩展性和制备状态的高稳定性为实际部署奠定基础。同时，随着探测器效率的进一步提升和芯片内非线性元件的优化，光子态制备的成功概率和稳定性将进一步增长，推动量子计算硬件的竞争力。总的来看，通过集成光子芯片制备GKP量子比特的方法不仅解决了传统自由空间方案的诸多瓶颈，还为未来通用、容错量子计算机的光子实现描绘了清晰路径。各类先进光学技术和材料科学的跨界融合使得该技术具备高速、低能耗、易扩展等优点，成为量子信息时代的重要基石。随着原材料制造、设计工艺和系统集成的不断完善，光基GKP量子比特有望彻底革新量子计算和量子信息处理领域，加速相关产业的商业化进程。研究和工程社区应聚焦提升器件一致性、拓展多模控互操作能力以及建立高速低损耗光路，推动系统级量子网络落地应用。
同时，加强软件层面编程模型与硬件特性相结合，实现高效功能映射与纠错策略，将大幅提升光子量子计算机的实用性和可靠性。总结来说，集成光子学与先进的量子编码结合，正以前所未有的速度推进量子计算技术的成熟，为突破当前计算能力极限和探索量子优势的实现，注入持久动力与创新活力。
