随着量子计算进入实用阶段，光子作为量子信息的载体因其在传输与处理上的天然优势，成为研究热点。Gottesman–Kitaev–Preskill（GKP）量子比特是一种独特的量子信息编码方式，利用光学模式的无限维希尔伯特空间，有望实现容错的通用量子计算。近期，利用先进的集成光子技术合成GKP量子比特，标志着光子量子计算向实用部署迈出了关键一步。这种突破不仅克服了传统自由空间光学器件难以规模化的问题，更为未来大规模光子量子计算芯片提供了清晰的技术路线。 GKP量子比特的魅力在于它将量子比特嵌入到连续变量光子态中，形成一种基于格点的编码结构。通过这种方法，可以利用常规的高斯操作如光束分离器、相位调制和均衡探测，实现克利福德门集的确定性交换，而非依赖于高难度的非高斯操作，这对于实现容错量子计算尤为重要。
过去的尝试大多依赖自由空间中复杂且体积庞大的光学元件，这限制了其扩展性，也在稳定性和成本上带来了挑战。 集成光子芯片的发展为解决上述瓶颈提供新机遇。通过在定制的300毫米硅氮化物晶圆平台上制造超低损耗的多层光子芯片，研究人员成功实现了四模高斯玻色子采样装置，能够生成足以支撑GKP量子比特编码的非高斯态。芯片中集成的微环谐振器利用自发四波混频现象产生单模挤压态，通过程序化的多光束干涉实现多模纠缠态的合成。随后，运用高效的光子数分辨探测器完成态的标记和选择，最终在剩余模式输出纯净的近似GKP量子态。 这种集成装置在光学损耗和非线性增强方面表现突破。
微环谐振器设计基于光子分子理论，能够抑制寄生非线性过程，显著提升产生的挤压态纯度和强度。芯片中的光路设计最大限度减少方向耦合器和滤波器的插入损耗，整体输出传输效率达到78%至82%。集成光子技术同时带来了稳定的光路相位控制，通过热光子相位调节器实现快速精确的线路调试，使得生成的量子态具有可调整的格点结构。高性能的超导过渡边缘传感器（TES）探测器以近极限效率（高达99.8%）成功进行光子数分辨检测，保证了量子态选取的准确性和复现性。 实验中，研究团队采用双泵浦脉冲激光源，并配合频率锁定技术确保波长稳定性，驱动芯片中四个独立挤压器件同步工作。在多模干涉器中调控不同的相位和耦合比，使多模式光场纠缠并可根据光子探测结果实现不同模式下的量子态制备。
通过对近130亿次重复测量事件的统计筛选和角度调制，成功重构出一系列非高斯量子态，其中包括以矩形和六角形格子结构呈现的GKP量子比特态。这个成果不仅验证了集成光子装置制造GKP态的可行性，更展示了其在量子态层面的丰富多样性和高度的非高斯性质。 GKP态的品质通常用稳定子期望值和有效挤压强度等指标衡量。实验产生的（3,3,3）探测模式下的GKP态，展现了在位置与动量两个正交测量分量上至少四个分辨峰值，且维格纳函数中的负值区域形成3×3的明确格点结构。这表明该态不仅包含了实现容错所必需的关键非高斯特性，同时其对高斯误差具有先天的抵抗力，适合构造大型容错量子网络。此外，实验分析显示，若进一步降低芯片及光路的传输损耗至99.5%以上，便可合成超过10dB有效挤压强度的GKP态，满足实现实用容错量子计算的损耗阈值需求。
这项研究的意义远超实验本身。集成式GKP光子源技术为建设互联的光子量子计算体系奠定了基础，未来可结合多模调控、状态酿造（breeding）与多路复用技术，大幅提升量子态的生成概率和纯净度。同时，由于不依赖严格的低温环境，相关组件有望实现室温或弱冷环境工作，降低系统总体的能耗和维护成本。与传统离子阱或超导电路等平台相比，光子平台在实现大规模量子互联网和跨节点量子计算方面具有独特优势。 随着芯片制造工艺的成熟和探测设备性能的提升，集成光子源将成为未来量子计算的核心构建模块。技术推广过程中需关注制造一致性和光路稳定性，缩减芯片中无关损耗以进一步提升态的质量。
多模系统架构将需兼顾总线带宽与纠错编码效率，推动GKP量子码和其他连续变量代码的深度融合应用。科研界和产业界的深度合作，将加速光子量子芯片向商业化量产迈进。 综合来看，集成光子器件成功合成GKP量子比特，展示了光子量子态工程的最新科技突破和未来量子计算的可持续发展方向。它不仅提升了光子量子编码的实用性和稳定性，也为构建容错、可扩展的光子量子计算机系统提供了坚实的技术基石。随着相关技术的不断完善，集成光子GKP源有望引领量子信息科学进入高质量、低成本与大规模应用的新时代。
