在全球范围内科研人员正在努力开发量子计算机，以利用量子相干叠加原理，实现超快的并行计算和模拟能力。目前，虽然中等规模的量子计算机已经问世并在特定任务中展示了超越经典系统的优势，但要真正发挥量子计算机的潜力，仍需克服一系列挑战。其中，如何将量子信息编码成适合量子纠错的逻辑状态，成为关键问题之一。研究界正在探索各种玻色子编码的使用，如二项式编码（binomial codes）、猫编码（cat codes）和Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）编码。其中，GKP量子比特是一个很有前途的候选者，因为所需的多量子比特操作在光学频率上很容易获得。然而，到目前为止，GKP量子比特只在机械和微波频率下得到了证明。
日本东京大学和日本理化所研究团队基于猫态干涉，通过同相干测量成功在通信波长实现了GKP态，并通过无损耗校正的零差测量进行了验证，最终实现了基于光传播的量子计算容错逻辑状态。相关研究成果已于2024年1月18日在国际期刊《科学》上发表。
该研究的创新点包括：（1）GKP量子比特的创新实现：首次在通信波段光中实现了GKP量子比特。这一突破意味着在光学系统中利用GKP量子比特进行量子计算成为可能。（2）通信波段光中的量子状态操控：基于1545.32 nm的连续波激光器，通过精细控制和光学参数振荡器的应用实现了量子态操控。这一进展为量子信息的精确处理和量子计算提供了新的途径。（3）高保真度的量子态生成：实验生成了具有非经典性和非高斯性质的“猫态”。这些状态展示了GKP量子比特的典型特征，如三叉形的GKP态，为量子计算提供了高保真度的基础。（4）实用量子计算的潜力：展示了在光学系统中利用GKP量子比特进行容错量子计算的可行性。这不仅是理论上的突破，还为实用量子计算机的开发提供了关键技术。
研究人员还提出了进一步改进的方向以实现更亮、多峰的GKP量子比特，为光学量子计算奠定基础。
论文信息： Shunya Konno, Warit Asavanant, Fumiya Hanamura, et al. Logical states for fault-tolerant quantum computation with propagating light [J]. Science, 2024, 383(6680):289-293. https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adk7560
