专题丨量子信息技术专利态势分析及发展策略建议

量子信息技术专利态势分析及发展策略建议

何琳琳  张倩

（中国信息通信研究院知识产权与创新发展中心，北京100191）

摘要：量子信息技术对于国家安全和科技发展具有重大的意义，近年来成为各国/地区纳入发展战略和应用布局的重点领域。面对国内量子信息技术的创新发展现状，将检索量子信息技术各领域在全球范围内的专利数据信息，通过专利申请趋势、技术来源、布局地域、主要申请人等维度，分析量子信息技术国内外发展现状，并对我国量子信息技术的进一步发展提出合理化建议。

关键词：量子信息；量子通信；量子计算；量子测量；专利

0  引言

量子信息技术是将量子力学与信息科学相结合的新兴交叉学科，可应用于加强信息安全保护能力、提升计算运算处理能力、提高传感测量精度等方面，在网络通信、信息安全、空间探测、资源勘探、生物医疗、人工智能等多个领域将引发颠覆性的技术创新。量子信息技术的发展与应用已成为大国间开展科技、经济等领域综合国力竞争，维护国家技术主权与发展主动权的战略制高点之一。近年来，各国争相将量子信息技术纳入国家发展战略，持续发力布局量子信息技术，密集推出相关科技战略规划，包括基础研究、全链条协同创新、产业化应用落地以及人才发展等方面的目标和措施。

我国也十分重视量子信息技术的创新和发展，近年来，我国政府不断出台政策，加大投入力度，加快量子信息产业发展。2015年以来，在国家的大力推动下，我国量子信息技术呈现爆发式增长态势，但当前仍然面临诸多问题，比如各技术分支发展不平衡，部分关键技术相关的核心专利占比相对较低，部分创新主体缺乏全球知识产权战略布局意识及能力等。

本文将检索量子信息技术各领域在全球范围内的专利数据信息，通过专利申请趋势、技术来源、布局地域、主要申请人等维度，分析量子信息技术国内外的创新发展现状，并对我国量子信息技术的进一步发展提出合理化建议。

1  量子信息技术的专利信息检索与分析

量子信息技术诞生于20世纪80年代，主要包括量子计算、量子测量和量子通信三大技术领域。量子计算遵循量子力学规律来调控量子信息单元进行计算，主要包括超导量子计算、离子阱量子计算、光学量子计算、中性原子量子计算、半导体量子计算等技术路线，可应用于生物制药、材料研发、分子化学、资源勘探等领域。量子测量基于量子体系纠缠、压缩、高阶关联等特性，对外部因素引起的微观系统量子态变化进行高精度的测量，主要包括量子时间基准、量子重力测量、量子惯性导航、量子磁场测量、量子目标识别等技术发展方向，覆盖生物医疗、能源勘探、交通运输、灾害预警等行业。量子通信利用量子叠加或纠缠效应实现信号、信息和量子态的转移和传输，包括量子密钥分发、量子随机数、基于量子隐形传态和量子存储中继等技术的量子信息网络等技术发展方向，为金融交易、互联网云服务、电力系统等领域的信息安全提供保障服务。

本文检索数据来源于“智慧芽全球专利数据库”^[1]，检索日期为2004年1月1日至2023年12月31日，检索范围涵盖全球专利文献，文献类型为发明专利，法律状态包括授权发明、处于审查阶段的发明申请以及其他状态的专利及专利申请。通过检索，分别在量子计算、量子测量、量子通信3个领域获得16 526、6 966、12 551件专利文献。本文中，笔者依据上述检索数据开展数据统计和分析。

如图1所示，量子计算、量子测量和量子通信3个领域的专利申请趋势可以划分为技术萌芽期、技术孕育期、快速发展期3个阶段。在2004—2014年的技术萌芽期，量子信息技术3个领域的年度专利申请量均保持在200~300件，这一阶段技术创新主要在于量子信息技术的基础性研究。在2015—2018年的技术孕育期，量子计算、量子测量和量子通信领域的年度专利申请量均呈现增长趋势，其中，量子计算和量子通信领域的增长趋势更为明显。在该阶段，全球研究的重点是量子通信密钥分发、光子量子通信、量子计算机系统等技术方向。2019起，全球量子信息技术的创新进入快速发展期，量子计算领域的年度专利申请量呈现爆发式增长态势，量子通信领域的专利申请数量持续大幅攀升，量子测量领域则保持着平稳的增长趋势。2022年起，受公开延迟的影响，量子信息技术各领域的年度专利申请量有所下降，但预计未来仍将保持上升趋势。

图1   量子信息技术各领域的年度专利申请趋势

下面进一步展开分析量子计算、量子测量和量子通信3个领域的专利信息状况，主要包括专利技术来源、专利布局地域、重点国家/地区的技术领域分布、主要申请人、高价值专利分布等指标。本文中，专利技术来源是指专利合并同族后，每组同族专利中最先申请的国家/地区；专利布局地域是指专利未合并同族时，在全球范围内分布的所有国家/地区。

1.1  量子计算领域专利分析

1.1.1  量子计算领域技术来源统计

量子计算领域的专利主要来源于中国和美国，分别占比35%和29%，此外，日本、欧洲、韩国等国家/地区也有8%、7%、3%占比的申请量。以上国家/地区在量子计算领域具有较高的技术创新能力和活跃程度，中国和美国在该领域的技术产出量和贡献度十分突出。

1.1.2  量子计算领域布局地域统计

量子计算领域的专利主要布局在美国和中国，分别占比27%和22%，欧洲、日本、韩国等国家/地区也有14%、8%、4%占比的申请量。以上国家/地区是量子计算领域的申请人重点关注的申请地域和目标市场，美国和中国在该领域的市场布局量非常突出。

1.1.3  量子计算领域重点国家/地区技术分布

量子计算领域包括超导量子计算、离子阱量子计算、光学量子计算、中性原子量子计算、半导体量子计算5个主要技术方向。图2中各技术分支专利分布情况显示，超导量子计算方向在全球各国/地区都是申请关注的重点方向，在申请总量中占比较大。此外，中国、美国和欧洲还关注离子阱量子计算和光学量子计算子方向的技术创新，在这些技术方向上也布局了较高比例的申请。

图2   量子计算领域重点国家/地区技术分布

1.1.4  量子计算领域主要申请人统计

如图3所示，在量子计算领域的16 526件专利中，全球申请量排名前十的有6家美国公司，前三甲的申请人IBM、谷歌和微软均为美国公司，其中，IBM公司以1 758件申请量位居榜首，谷歌公司申请量也高达1 000余件，可见美国非常重视在量子计算领域进行全球专利布局。中国的本源量子计算、百度和中国科学院分别排名第4、第7和第10位，并且其有效专利的比例相对较高，证明中国在该领域的技术创新也非常积极。

图3   量子计算领域主要申请人统计

1.1.5  量子计算领域高价值专利分布

本文中，将被引用次数5以上（含5）并且同族数量5以上（含5）的专利定义为高价值专利，这些专利被广泛借鉴，具有较高的影响力并代表着该技术领域的核心创新技术，同时，这些专利在全球范围内被广泛布局保护，是申请人重点关注和布局的技术内容。

基于上述标准，量子计算领域在全球的高价值专利有565件。其中，在美国布局的高价值专利最多，有302件，占比53%。159件高价值专利目前处于依据专利合作条约（Patent Cooperation Treaty，PCT）进行国际申请的阶段，占比28%，这些专利未来可能进入到各个目标国/地区。中国拥有占比7%的37件高价值专利，与中国该领域总体申请量相比，涉及关键技术的核心专利数量占比较小。

1.2  量子测量领域专利分析

1.2.1  量子测量领域专利来源统计

量子测量领域的专利主要来源于中国、美国和日本，分别占比43%、16%和16%，此外欧洲、韩国等国家/地区也有10%、4%占比的申请量。以上国家/地区在量子测量领域具有较高的技术创新能力和活跃程度，中国在该领域的技术产出量十分突出。

1.2.2  量子测量领域专利布局地域统计

量子测量领域的专利主要来自中国和美国，分别占比30%和20%，欧洲、日本、韩国等国家/地区也有16%、13%和4%占比的申请量。以上国家/地区是量子测量领域专利申请人重点关注的申请地域和目标市场，中国在该领域的市场布局非常突出。

1.2.3  量子测量领域重点国家/地区技术分布

量子测量包括量子时间基准、量子重力测量、量子惯性导航、量子磁场测量、量子目标识别5个主要技术方向。图4中各技术分支专利分布情况显示，量子重力测量和量子磁场测量两个方向在全球各国/地区都是申请关注的重点方向，在申请总量中占比较大。此外，我国还关注量子时间基准的技术创新，在该技术方向上也有较高比例的专利申请。

图4   量子测量领域重点国家/地区技术分布

1.2.4  量子测量领域主要申请人统计

如图5所示，量子测量领域的6 966件专利中，全球申请量排名前三甲的申请人是中国科学院、国仪量子（合肥）技术有限公司（简称“国仪量子”）和理光公司（简称“理光”），其中，中国科学院以253件申请量位居榜首。排名前十的申请人中，中国企业占四席，中国科学院、国仪量子和北京航空航天大学的有效专利的比例也相对较高，中国在该领域的技术创新上非常看重全球布局。虽然在排名前十的申请人中，日韩企业占半数，但这些企业的有效专利占比较低，日韩企业虽然重视全球布局，但专利申请的质量不高，维护的效果也相对较差。

图5   量子测量领域主要申请人统计

1.2.5  量子测量领域高价值专利分布

量子测量领域在全球的高价值专利有253件。其中，在美国布局的高价值专利最多，有129件，占比51%。64件高价值专利目前处于依据PCT进行国际申请的阶段，占比25%，这些专利未来可能进入到各个目标国/地区。中国拥有占比12%的30件高价值专利，与中国该领域总体申请量相比，涉及关键技术的核心专利数量占比较小。

1.3  量子通信领域专利分析

1.3.1  量子通信领域技术来源统计

量子通信领域的专利主要来源于中国，占比63%。此外，美国、欧洲、日本、韩国等国家/地区也有10%、8%、6%和5%占比的申请量。以上国家/地区在量子通信领域具有较高的技术创新能力和活跃程度，中国在该领域的研发能力占据优势，技术产出量和贡献度十分突出。

1.3.2  量子通信领域布局地域统计

量子通信领域的专利近半数布局在中国，占比43%，美国、欧洲、日本、韩国等国家/地区也有16%、14%、6%和5%占比的申请量。以上国家/地区是量子通信领域的申请人重点关注的申请地域和目标市场，中国在该领域的市场布局量非常突出。

1.3.3  量子通信领域重点国家/地区技术分布

量子通信领域包括量子密钥分发、量子随机数、量子信息网络3个主要技术方向。图6中各技术分支专利分布情况显示，量子密钥分发方向在全球各国/地区都是申请关注的重点方向，在申请总量中占比较大。此外，中国、美国和欧洲还关注量子信息网络方向的技术创新，在这些技术方向上也有较高比例的申请。

图6   量子通信领域重点国家/地区技术分布

1.3.4  量子通信领域主要申请人统计

如图7所示，在量子通信领域的12 551件专利中，科大国盾量子技术股份有限公司（简称“科大国盾”）以392件申请量位居榜首，日本的东芝以390件紧随其后。中国有6位申请人排名前十，并且有效专利的比例相对较高，中国在该领域的技术创新上具有优势。日本的电气株式会社、美国的MAGIQ、瑞士的ID Quantique也位居前十，日本、美国和瑞士的申请人在该领域的技术创新上也非常积极。

图7   量子通信领域主要申请人统计

1.3.5  量子通信领域高价值专利分布

量子通信领域在全球的高价值专利有304件。其中，在美国布局的高价值专利最多，有145件，占比48%。85件高价值专利目前处于依据PCT进行国际申请的阶段，占比28%，这些专利未来可能进入到各个目标国/地区。中国有33件高价值专利，占比11%，与中国该领域总体申请量相比，涉及关键技术的核心专利数量占比较小。

2  量子信息技术的专利信息状态

2.1  量子计算领域专利信息

2004—2014年，量子计算领域全球专利年度申请量基本稳定在200余件，2015年起呈现快速增长趋势。量子计算领域技术主要来源于中国和美国，分别占比35%和29%，全球申请量排名前十的申请人中，以美国和中国申请人为主，相比而言，中国申请人的有效专利的比例相对更高。

量子计算领域的专利近半数布局在美国和中国，分别占比27%和22%，是申请人重点关注的申请地域和目标市场。2004—2023年，在量子计算领域，美国总计申请了4 356件专利，目前3 789件处于有效状态，有效专利占比87.0%；中国总计申请了3 673件专利，目前3 213件处于有效状态，有效专利占比87.48%。与其他国家/地区相比，无论是专利申请总量，还是有效专利占比，中国和美国都具有明显的优势。

在超导量子计算、离子阱量子计算、光学量子计算、中性原子量子计算、半导体量子计算5个技术方向上，相对而言，超导量子计算技术方向在全球各国/地区都是申请关注的重点方向，在申请总量中占比较大。

量子计算领域的高价值专利主要布局在美国，中国受理的专利总量虽然很大，但高价值专利数量少，涉及关键技术的核心专利数量很少。

2.2  量子测量领域专利信息

2004—2023年，量子测量领域的专利申请基本呈现稳步上升的趋势。量子测量领域技术主要来源于中国、美国和日本，分别占比43%、16%和16%。全球申请量排名前十的申请人中，以中国、日本和韩国申请人为主，相比而言，中国申请人的有效专利的比例相对更高。

量子测量领域的专利半数布局在中国和美国，分别占比30%和20%，是申请人重点关注的申请地域和目标市场。2004—2023年，在量子测量领域，中国总计申请了2 095件专利，目前1 539件处于有效状态，有效占比73.5%。与其他国家/地区相比，无论是专利申请总量，还是有效专利占比，中国都具有较大的优势。

在量子时间基准、量子重力测量、量子惯性导航、量子磁场测量、量子目标识别5个技术方向上，相对而言，量子重力测量和量子磁场测量两个方向在全球各国/地区都是申请关注的重点方向，在申请总量中占比较大。此外，中国还关注量子时间基准的技术创新，在该技术方向上也布局了较高比例的申请。

量子测量领域的高价值专利主要布局在美国，中国受理的专利总量虽然很大，但高价值专利数量少，涉及关键技术的核心专利数量很少。

2.3  量子通信领域专利信息

2004—2014年，量子通信领域全球专利年度申请量基本稳定在200余件，2015年起呈现快速增长趋势。量子通信领域技术主要来源于中国，占比63%，全球申请量排名前十的申请人中，中国申请人占据半数以上，并且有效专利的比例较高，中国在该领域的研发能力占据优势，技术产出量和贡献度十分突出。

量子通信领域的专利近半数布局在中国，中国是申请人重点关注的申请地域和目标市场。2004—2023年，中国总计受理了5 449件专利申请，目前4 480件处于有效状态，有效专利占比82.2%。与其他国家/地区相比，无论是专利申请总量，还是有效专利占比，中国都具有明显的优势。

在量子密钥分发、量子随机数、量子信息网络3个技术方向上，相对而言，量子密钥分发方向在全球各国/地区都是申请关注的重点方向，在申请总量中占比较大。

量子通信领域的高价值专利主要布局在美国，中国受理的专利总量虽然很大，但高价值专利数量少，涉及关键技术的核心专利数量很少。

3  量子信息技术的发展策略建议

通过以上对量子信息领域的产业现状及专利信息的分析，可以看到，我国量子信息领域的知识产权工作还存在一些不足，主要表现为量子计算、量子测量、量子通信领域的技术发展不平衡，高价值、高质量知识产权的创造能力有待提高，技术研发机构普遍缺乏全球专利保护意识等。为加速我国量子信息技术的发展，本文提出如下建议。

3.1  引导企业重视知识产权保护

鼓励企业加强知识产权保护。围绕量子信息领域的知识产权重点问题出台管理体系指引。激励头部企业、科研院所加强量子信息领域的研发和知识产权创造，发挥知识产权在重点科技项目立项和验收中的评价作用。全局性梳理、统筹核心知识产权战略资源，探索量子信息领域核心知识产权对外许可与转让审批机制。推动产学研知识产权深度合作，强化以知识产权保护为纽带的生态建设。完善量子信息领域知识产权人才培养、认证机制，提升量子信息领域知识产权第三方服务能力。

加强对企业海外布局的支持与引导。当前，国内量子信息产业处于快速发展阶段，大部分企业海外专利储备量较少，需要引导企业有序产出海外专利，重视全球技术合作，促进我国量子信息领域企业知识产权海外获权。鼓励企业立足长远，保障海外市场的顺利开拓。建立我国企业海外核心专利目录，对核心专利海外申请从课题经费和专项财政补贴方面给予支持。

3.2  多部门联动提升产业服务能力

加强国外企业来华专利申请风险预警。建立国外量子信息领域企业来华专利申请预警平台，动态跟踪国外企业在量子信息产业专利布局态势，对高风险专利进行识别和预警，实现专利审查与产业风控联动。实施量子信息产业相关领域技术专利导航项目，发挥专利导航对关键核心技术攻关的支撑作用，向量子信息领域重点企业定向发布专利布局信息，围绕前沿技术和重点产品，协助企业提升风险防范能力、构筑专利壁垒。

提供企业长效知识产权服务。建立量子信息产业企业长效服务平台，在线收集重点企业诉求、答疑解惑，定期面向企业组织专利信息检索、专利挖掘、交底书撰写、专利无效等方面的培训，提升企业知识产权创造和保护的能力。同时聚焦企业在知识产权申请获权后的转移转化、维权救济等方面的需求，针对性地给予支持。针对专利质量、专利运营效果，开展优秀案例定期征集与评选，指引量子信息领域企业专利申请质量提升与发挥专利资产价值。

组建量子信息产业专利联盟。积极促进量子信息产业关键领域产业联盟和专利池的建立。与量子信息的产业发展促进政策相结合，基于重点项目提出建立专利联盟和专利池的建议，积极促进相关部门开展专利池组建并在相关过程中积极提供业务支持。借助量子信息领域行业专利联盟和专利池积极促进量子信息相关领域专利协同运用，推进国内产学研各方在量子信息领域专利方面的深度协作。

加强高价值专利培育。与量子信息领域的产业发展布局策略相结合，完善量子信息产业高价值专利的评测标准，把能否快速提供产业化服务、支撑产业高质量发展和提升企业核心竞争力作为专利价值的重要衡量标准。以高价值专利培育和转化为主线，加强科技成果转化，把科技成果高质量创造、高标准保护和高效益转化相贯通。在专利产出和专利审查层面，助力我国量子信息产业形成政策激励、产品、效益联动的激活创新链，实现对量子信息产业重点细分领域的全面精准扶持。

3.3  完善量子信息领域知识产权政策

因时、因势制宜推出知识产权政策措施。全面梳理、深入研究我国量子信息领域知识产权现状与风险情况，因时、因势制宜推出知识产权政策措施；建立动态跟踪调研机制，完善政策预研储备工作。研究量子信息领域专利、商业秘密协同保护机制，实现多种保护机制的有机衔接。

推动全球量子信息产业知识产权高质量合作。积极参与世界贸易组织、世界知识产权组织框架下的多边事务。研究“一带一路”知识产权合作中量子信息产业知识产权保护策略，为高质量国际合作提供有力支撑。在中美欧日韩知识产权五局合作中倡导构建开放包容、平衡有效的知识产权国际规则。

4  结束语

近年来，量子信息技术创新高度活跃，已经成为探索基础研究、颠覆技术创新以及变革未来产业的重要发展方向，明晰量子信息领域的技术创新及产业发展态势，对于我国建设科技强国、发展新质生产力具有十分重要的意义。本文通过对量子信息领域全球专利数据的检索和分析，发现当前全球量子信息技术处于快速发展阶段，各国/地区都高度重视在该领域的创新发展。我国在量子通信及量子计算领域已经处于国际核心地位，未来还需要加速实施量子信息领域的政策部署，全面提升量子信息产业服务能力，积极培养量子信息领域的科技人才，充分引导企业重视海外知识产权保护，深度推进量子信息领域产学研协同创新，从而保证我国量子信息产业的高质量发展。

Patent situation analysis and development suggestions for quantum information technology

HE Linlin, ZHANG Qian

（Intellectual Property and Innovation Development Center, China Academy of Information and Communications Technology, Beijing 100191, China）

Abstract: Quantum information technology is significant for national security and technological development, and has become a key field for countries/regions to incorporate into their national development strategies and application layouts in recent years. In the face of the innovative development situation of quantum information technology in China, this article searches for patent data information in various fields of quantum information technology on a global scale. Through dimensions such as patent application trends, technology sources, geographical layout, and main applicants, this article analyzes the current development situation of quantum information technology both domestically and internationally, and provides reasonable suggestions for the further development of quantum information technology in China.

Keywords: quantum information; quantum communication; quantum computing; quantum measurement; patent

本文刊于《信息通信技术与政策》2024年 第7期

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