量子计算正逐渐从理论探索走向实际应用，其核心挑战之一是如何高效且高质量地制备量子比特。Gottesman–Kitaev–Preskill（GKP）量子比特以其对噪声和损耗的固有容错能力，在众多编码方式中脱颖而出。传统的自由空间光学系统在生成GKP态上虽有成果，但其体积庞大且难以规模化，而采用集成光子平台则为光子量子计算的实际应用提供了可能。集成光子技术借助成熟的半导体工艺，实现极低光学损耗及高可靠性，同时兼容非经典光子的生成和操控，这使其成为理想的GKP量子比特源。最近，科学家们成功地在采用定制化300毫米硅氮化物（SiN）基底的集成光子芯片上生成了高品质的GKP态。该芯片集成了多环微谐振器阵列和可编程干涉器，通过共振增强的自发四波混频（SFWM）过程产生单模挤压态，进一步利用多模式高效光子数分辨探测器实现态的预示和测量。
实验中芯片产生的GKP态表现出在位置与动量两个正交象限均具备至少四个可分辨峰值的特征，同时其维格纳函数展现出了3×3的负区格点结构，这些都是实现量子容错的关键指标。此项突破不仅验证了基于集成光子的GKP态合成技术的可行性，还表明通过进一步降低系统整体损耗，芯片能够生成适用于容错量子计算门操作的高纯度量子态。光子系统中最致命的性能瓶颈之一即为光学损耗，当前所用硅氮化物制程通过优化波导设计和制造工艺实现了极低的传播损耗，检测路径的总传输率高达78%-82%。光子数分辨探测器则采用了低温态超导过渡边界传感器，检测效率最高接近99.9%，这为高忠实度的态测量和预示提供了保障。除此之外，芯片内集成的非对称马赫-兹恩干涉仪对泵浦光和杂散光进行了有效滤波，保证了挤压态的高纯度。整个系统实现了200kHz的重复率，综合数据收集量超过128亿次循环，从而通过同均匀采样多个正交相位，精确重构了GKP态的密度矩阵。
得益于此次集成技术的进步，产生的GKP量子比特不仅在实验中展现出高非高斯性及稳定的正交格子结构，还开启了基于模块化多模式集成芯片实现大规模量子网络和测量基地群态的路径。展望未来，结合多路复用和纠错繁殖技术，芯片级的GKP态源将推动光子量子计算机向着实用化迈进。这不仅促进了超高速光子量子信息处理，更为量子通信和量子传感等领域注入了新的活力。与此同时，基于硅氮化物技术的可大规模制造工艺和成熟的光纤耦合方案，为相关产业链的快速发展提供了可能。科研团队还提出，更加灵活可编程的干涉网络将实现任意相空间晶格的GKP态合成，进一步提升态的质量与成功率，以满足不同量子算法和应用的需要。降低系统中各个环节的光学损耗，特别是芯片到探测器的传输路径，预计将在近期实现超过99.5%的整体传输效率，这对达到并超过10 dB对称有效挤压度，即量子容错门槛至关重要。
通过上述技术和科学的融合，集成光子平台正逐渐成为实现光子量子计算的基石，GKP量子比特的集成化生成将引领量子信息科学进入一个全新的时代。未来几年，我们有理由期待基于此技术深度优化的多模式GKP态源在量子计算架构中的广泛部署，和跨领域协作带来的多样化量子应用爆发。总的来看，集成光子源的GKP态制备不仅是技术上的巨大飞跃，也为构建高效、易扩展的光子量子计算系统奠定了基础，标志着量子信息学迈向实用化和产业化的重要一步。
