随着量子计算的发展，寻找高效、可扩展且具备容错能力的量子比特（qubit）编码方案成为科研的热点。Gottesman–Kitaev–Preskill（简称GKP）量子比特作为一种代表性的量子编码方式，因其良好的抗噪声特性和实现多门操作的便捷性，被视为实现实用量子计算的重要途径。近年来，科研团队借助集成光子学技术，成功研制出基于集成光子芯片的GKP量子比特源，推动了基于光子的容错量子计算朝着可扩展的实用阶段迈进一大步。光子量子计算的核心挑战之一在于如何将经典光源，如激光器，转变为可用于量子计算的非经典光学资源态。传统技术依赖自由空间的光学元件来产生这些复杂态，因其体积庞大且难以实现大规模集成，不利于打造实用且扩展性强的量子计算机。相较之下，集成光子芯片利用硅氮化物等低损耗材料制造，借助高度可定制的微腔和干涉结构，有效地控制光场，实现单模挤压态生成和多通道干涉混合，完成复杂量子态的合成。
基于此，科研人员设计了一种四模式的高斯玻色子采样（GBS）装置，成功制备并验证了具有GKP结构特征的非高斯量子态。该装置利用芯片中的微环谐振器增强的自发四波混频效应生成接近单模的挤压真空态，再通过集成马赫–曾德干涉仪将四个模式纠缠，最后利用高效的光子数分辨探测器（PNR）对部分模式施予滤波和探测，实现对目标GKP态的海洛德产出。所制备的GKP量子比特表现出显著的特征，包括正交位置（q）和动量（p）基态的多峰分布，及其相应的负Wigner函数区域呈规则格点排列，完美反映出GKP编码的相空间网格性质。这些态经证明具有一定程度的非高斯性和非经典性，且其稳定子期望值超过单纯高斯态能达到的极限，强化了其作为量子计算资源的实用性。该实验的成功还依赖于多项技术革新。首先，基于300毫米硅氮化物定制工艺的芯片制造实现了极低的传播损耗，至关重要于保持量子态的纯度。
其次，集成光子分路和调控结构设计优化至极致，最大程度减少系统复杂度和附加损耗。更为关键的是，结合了几乎完美的转变边界传感器（TES）光子探测器，实现99%以上的探测效率和光子数分辨能力，使得复杂量子态的海洛德探测成为可能。此外，实验中采用先进的激光锁相和时间同步技术，确保系统整体的稳定性和操作精度。在理论与应用层面，GKP量子比特因其编码在无限维希尔伯特空间中，使得通过仅仅高斯操作即可实现克利福德门集，极大简化了量子门的实现，同时非克利福德门可以借助高质量的magic states辅助完成。其对高斯噪声，尤其是光学损耗所引发的误差表现出天然的鲁棒性，为实现容错量子计算奠定了坚实基础。集成GKP状态源的出现，为构建大规模量子集群态和图态计算打开了可行路径。
展望未来，随着芯片制造和集成技术的进一步突破，以及光学损耗的持续降低，预计能够制备出误差率更低、质量更高的GKP态，满足容错阈值要求。同时，结合多模式复用、繁殖（Breeding）操作以及智能态提纯技术，将大幅提升量子比特的生成效率和质量，为实际光子量子计算机的实现提供关键支撑。此外，GKP编码不仅对计算有意义，在量子通信和量子传感领域同样展现出巨大潜力。其对量子信道的容错性能，有望优化远距离量子密钥分发、量子中继器设计等重要应用。集成光子技术亦可大幅提升系统稳定性和规模效应加速，实现跨领域的实用化价值。总的来说，集成光子GKP量子比特源的研制成功是量子信息研究的里程碑，不仅验证了一整套结合高质量光子芯片和高效探测器系统生成非高斯量子态的可行技术，更开启了基于光子的容错量子计算新时代。
随着多学科交叉融合和工程化水平提升，人们期待未来构建百万量子比特级别的光子量子计算机，最终实现加密破解、复杂系统模拟与人工智能等跨越式进展。从量子光学的微观操控，到系统架构的宏观设计，集成光子GKP量子比特无疑将成为引领量子技术革命的重要支柱。
