随着量子计算的快速发展，构建高效、可靠且可扩展的量子比特源已成为领域内的首要挑战。Gottesman–Kitaev–Preskill（GKP）量子比特作为一种极具潜力的编码方式，因其能够利用无限维希尔伯特空间中的量子态，实现误差纠正和容错运算而备受关注。传统的光学量子计算方法在制备复杂非高斯态时面临限制，尤其是在光学组件体积和稳定性方面，而集成光子学的发展为解决这些问题注入了新的活力。集成光子学不仅能大幅缩减器件体积，还能提升系统的稳定性和相互连通性，是实现大规模、实用化光子量子计算的关键技术路线之一。最新研究成果表明，通过在定制的多层硅氮化物硅片上制造超低损耗的光子芯片，结合高效的光子数分辨探测器，可以实现GKP量子比特的生成和表征，为实用化光子量子计算奠定基础。该集成光子学方案通过四模高斯玻色采样（GBS）技术，依靠线性光学干涉和单模挤压态的制备，配合多路光子数分辨检测器的触发，成功实现了具有关键容错特性的GKP量子比特态。
GKP态的核心特征表现为在相空间中呈现清晰的格点结构，伴随多个峰值的概率分布及明显的负值维格纳函数区域，这些非高斯特征是实现通用量子门和量子纠错的必要条件。集成芯片中，利用谐振增强的自发四波混频（SFWM）效应，精确调控光子挤压强度，产生接近单模的挤压真空态。设备设计注重抑制非理想非线性过程，保证信号光的高质量与逃逸效率，同时采用多级马赫–曾德干涉仪精确滤除泵浦光与噪声光，确保纯净的量子态传输。通过可编程阶梯型线性光学干涉器件实现多模式纠缠，符合高斯玻色采样的需求。该装置与高效、低噪声的超导转变边缘传感器（TES）探测器结合，探测效率接近百分之百，具备内在光子数分辨能力，极大提升了触发信号的可靠性与灵敏度。量子态的验证依靠平衡同频干涉测量技术，结合最大似然估计算法，对采集的多相位数据进行态层析重建。
重构结果展现了四个或者更多解析峰的质与动量分布，符合GKP状态的特征，同时透视出3×3维格子排列的维格纳函数负区，凸显了极高的非高斯态纯度。这些实验数据距离容错标准的质量要求仅有一定光学损耗改善的距离，暗示着通过进一步提升器件传输效率，所开发的平台能够满足故障容忍阈值。该研究强调损耗管理的重要性，当前光路端到端的光传输率约在80%左右，而理论分析指出，当传输效率超过99.5%时，能够利用高阶光子数触发事件实现对称有效挤压大于9.75 dB的GKP态，正好对应实现容错的最低要求。未来，这一平台可结合多模融合、态精炼及多轮状态繁殖技术，有望进一步提升GKP量子比特的制备成功率及态质量。该工艺的可规模化生产特性尤其值得关注。所用的硅氮化物芯片采用了300 mm晶圆级制作工艺，与半导体前沿制造水平趋同，兼具低损耗及精确可控的腔体设计，实现了非线性量子光学效应及集成式线性干涉的有机结合。
器件通过光纤阵列耦合与电子封装相结合，确保操作的稳定性和易用性。对光子探测器的严密校准及系统性噪声抑制确保测量数据的精准性和可重复性。全系统以200 kHz的脉冲重复频率运行，保证了相当可观的比特制备速率。与传统的自由空间光学系统相比，集成光子平台显著降低了光学摆件数量，提升了互连稳定性，兼具更高的功率效率和环境适应能力，具备实际量子计算机模块集成和大规模扩展的潜力。GKP编码凭借其能有效应对高斯噪声和光学损耗，成为未来光子量子通信、量子传感与量子计算的理想候选方案。其结合测量基量子计算模式，可在仅依赖线性光学器件和标准高斯操作下实现通用量子门，大幅简化硬件实现难度。
展望未来，通过优化芯片制备工艺，提升光子探测效率，发展多源并行复用机制，结合非线性量子态转换技术，有望实现数百万GKP量子比特源的级联，为真正规模化、容错的光子量子计算机铺平道路。此外，GKP态在量子密钥分发和超灵敏传感领域亦具备深远应用潜力。总结而言，集成光子学平台上制造和触发GKP量子比特展现了突破性进展，结合低损耗超高效探测技术和先进的稳态腔体设计，为光学量子比特的容错制备奠定了坚实基础。该技术路线兼顾可扩展性、资源效率及兼容性，代表了实现实用光子量子计算的重要里程碑。随着材料工艺、集成设计和控制技术持续演进，集成GKP量子比特源必将在未来量子科技领域占据核心地位，引领下一代量子信息处理技术的革新。
