全球量子技术专利态势分析

QuIC | 量子技术的全球专利格局目录引言 ....................................................................................3 量子技术全球专利家族格局.....................8 “国际”专利家族格局...............................18 量子技术专利家族在欧洲的形势..........23 结论 ....................................................................................27参考文献....................................................................................29 参考书目....................................................................................29 缩略语释义................................................................30 定义 ....................................................................................30 附录A：创建专利和专利申请语料库....32 第 2 页 为此，本白皮书将考虑以下议程：1.1 目标QuIC | 量子技术的全球专利格局重要注意事项：引言：这份白皮书概述了量子技术领域的专利格局，并提供了一些更详细的信息。量子计算,量子通信and量子传感. 它还将审查欧洲与美国和中国之间的关系位置,和识别量子技术中的主要参与者和趋势.• 首先，我们建立专利家族格局在量子技术领域（即可专利发明格局），基于所有存续的专利家族；其次，我们关注国际专利家族;这些是包括至少一个在原始国家以外扩展国家的专利家族，如具有价值的专利家族通常会延伸到原产国之外。; • 第三，我们聚焦于欧洲公司and review the situation regarding patents and patent applications filed at the欧洲专利局.注释2：量子技术领域在专利申请方面目前尤为活跃，因此专利家族的数量可能会有显著变化。例如，IQM芬兰在2023年7月至11月期间发布了10项首次出版物，显著增加了其专利组合规模。注释1：本研究基于截至2023年6月30日发布的在世专利和专利申请。读者应考虑到从首次提交日期到首次公开日期之间存在18个月的延迟。换句话说，本研究仅包括首次提交日期在2022年1月1日之前的专利家族。注3：在本研究中，欧洲指的是“地理欧洲”：27个欧盟国家加上英国、瑞士、挪威和冰岛。 第 3 页 1.3 量子计算概述1.2 什么是量子革命？QuIC | 量子技术的全球专利格局在本研究中，我们将使用以下细分：欧洲委员会是这样描述量子革命的（参考文献[1]）：量子计算是一种利用量子效应（如...）的计算范式。叠加、干涉和纠缠，通过应用量子算法解决问题。这一范式存在不同的变体。最常见的是基于数字门的量子计算, 其中量子算法被表示为量子线路——即，应用于量子比特的一系列量子门。数字量子计算是通用的；也就是说，原则上请注意，本段落已从“QuIC——战略性产业路线图”（参考资料[2]）中提取。• 量子计算 • 量子通信（量子密钥分发（QKD）和量子互联网） • 量子传感For more information, see the full article atQuantum | 深度塑造欧洲的数字未来 (europa.eu).•在第一量子革命中在20世纪初，科学家们学会了理解和应用量子力学的特性——分子、原子乃至更小粒子如光子与电子的相互作用。这最终让他们能够创造出晶体管、激光器和微处理器：这些是计算机、电信、卫星导航、智能手机、现代医学诊断等众多领域的根本性技术。• 现在，第二次量子革命正在进行中。研究人员能够检测和操控单个粒子及其物理关联和相互作用，并构建利用底层量子力学特性的新技术和系统。这些发展已推动了许多不同领域的重大技术进步，包括量子计算、传感器、模拟、密码学和电信一个具有深远经济和社会影响潜力的新一代量子技术开始涌现。其中一些技术已经进入开发阶段，而许多其他技术将在未来几十年内得到发展。 第 4 页 1.4 量子通信概述QuIC | 量子技术的全球专利格局第 5 页 |请注意，本段落摘自“战略研究与产业议程”（参见[3]），该文件由量子旗舰计划于2022年11月发布。量子旗舰计划是一项大规模、以10年为时间跨度的举措，资金规模达10亿欧元。其目标是巩固和拓展欧洲在这一研究领域的科学领导力和卓越性，启动量子技术领域的欧洲竞争性产业，并使欧洲成为该领域创新研究、商业和投资的动态且具有吸引力的地区。一个数字量子计算机能够解决任何量子算法，尽管目前可用的设备仍然相当有限。另一种范式是绝热量子计算，其中问题的解被编码为系统哈密顿量的基态，系统通过演进而趋向于此解。对其可调参数的连续调制这是模拟量子计算的一种变体，通常执行在类似设备上用于量子模拟的那些。两者之间的等同性。数字模型和绝热模型已被正式证实。量子模拟是一个通过计算方法或研究具有相似性质的另一量子系统（而非直接测量目标系统）来确定分子或晶体等量子系统的物理属性的过程。量子通信领域旨在设计用于在远程用户之间交换量子信息的工具和协议。在量子通信网络的一般渐进式框架内，随着硬件和软件日益复杂而赋予更高级的功能性，该领域目前可大致划分为两个领域：1.近期技术主要集中于QKD。以及其他应用可在相对较短的距离内达到相似的功能阶段。这项技术已达到高技术成熟度等级（TRL），商业化产品已成功推向市场。其主要应用之一是基于量子物理定律设计加密方案。2。长期研发。解锁所有好处量子通信，面向全球用户，特别能够实现长距离量子通信，并提供更高水平的 1.5 量子传感与计量此类网络的主要组成部分将是：QuIC | 量子技术的全球专利格局Page | 6量子传感和量子计量学基于利用自然界的量子特性、量子现象、量子态、它们的普适性和内在可重复性、相关物理量的量子化，或它们对环境变化的极高敏感性。将一个简单的量子系统与外部物理量耦合会改变系统的特性，从而能够测量该物理量。在大多数情况下，量子传感器利用简单量子系统的干涉特性。在最简单的情况下，这些是量子比特，即具有两个基态的系统。量子比特被初始化到一个制备的叠加态，然后与待测的外部物理量耦合。这种耦合以可定量测量的方式改变了该叠加的相位。在许多情况下，这些量子测量可以随后映射到外部物理量的值，与经典方法相比，实现了更高的绝对和相对精度。作为传感器的量子系统的种类繁多，通常被分为两大类：气体和固态。所有这些都具有特定的特性，并且为用户提供功能。长期愿景是建立量子通信基础设施或量子互联网能够通过实现地球上任意两点之间的量子通信来提供根本性新技术的方案。与我们现有的“经典”互联网协同作用，量子互联网将通过连接量子处理器来达成经证明而经典通信不可能实现的卓越能力。• 量子中继器：为了连接大洲范围内的众多用户，可以使用量子中继器通过光纤网络生成远距离纠缠；• 卫星：对于超远距离骨干网络，可以使用卫星在网络的不同节点之间分发纠缠；• 端节点：笔记本电脑和电话的量子类似物，这些设备连接到互联网，用于执行应用程序，从而使量子互联网技术能够为终端用户提供服务。请注意，本段落已从“QuIC——战略性产业路线图”（参考资料[2]）中提取。 是 QuIC | 量子技术的全球专利格局第 7 页量子传感器的应用涉及多个不同领域，包括高精度光谱学、成像、重力测量或陀螺测量、高分辨率显微镜、磁强计、时钟及其同步、定位或测温。对不同的物理量敏感，这使得它们适用于特定的应用（例如，冷原子用于重力测量；金刚石或碳化硅中的缺陷：用于高分辨率磁测)。 关于专利家族语料库创建的详细信息见附录A。2.1 专利家族格局：总体趋势我们使用已定义的细分市场：QuIC | 量子技术的全球专利格局图1：按量子技术细分领域的专利家族数量与重量下一节将详细阐述这三个部分。量子计算和量子通信明显强于量子传感。下图显示了三个细分市场的专利族数量及其各自的权重：• 量子计算 • 量子通信（QKD和量子互联网） • 量子传感量子技术的全球专利家族格局 QuIC | 量子技术的全球专利格局第9页每年的平均增长率相当强劲，约为35%的总体增长，时间跨度为2016-2021年。（确实，对于量子计算来说，高达50%） 图3显示，美国和中国实际上主要投资在两个不同的细分领域：QuIC | 量子技术的全球专利格局图3：按国家/地区划分的每项量子技术专利家族数量我们将现在为每个细分市场提供更多详细信息。在欧洲，我们没有发现显著的特定侧重，并且观察到这三个细分市场相当均衡（而在其他地区，量子传感往往会落后）。• 美国：主要发展量子计算 • 中国：主要发展量子通信 第10页 QuIC | 量子技术的全球专利格局图例：美国、中国、日本、加拿大、欧洲。2.2.1 按国家划分的主要被授予方图4：量子计算领域的主要受让人，按存活数量排名专利家族NB：本部分中确定的权利要求家族仅基于 CPC 代码 G06N-010 “量子计算”（及其任何子类别均不在此列）。It is clear that major US companies such as IBM, Microsoft, Google and Intel are leading the race in terms of number of patent families. From the Chinese side, Baidu我们首先关注量子计算领域的主要受让方（颜色表示原产国）：2.2 量子计算：专利家族格局（注意：在本图中，我们将Quantinuum视为一家美国公司，因其总部位于美国。） Page | 11 根据参考文献[1]，我们使用以下分段：2.2.2 聚焦硬件细分市场QuIC | 量子技术的全球专利格局第 12 页量子计算硬件既可以根据其支持的量子比特类型，也可以根据其能够运行的计算类型进行表征。大多数集成商专注于通用量子计算应用（基于门系统）。量子退火器系统通常具有较窄的操作模式；然而，许多计算和模拟问题可以被重构以运行在这些系统上。在量子计算领域的存续专利家族中，我们选出了与每个硬件分支相关的、包含“量子比特”的专利家族。此次检索产生了约31%的量子计算存续专利家族。这当然具有指示意义，但它清晰地表明了这些不同技术的相对权重。• 超导量子比特 • 自旋/硅量子比特 • 离子阱量子计算机 • 中性原子/低温原子量子处理器 • 光子量子比特和Origin Quantum也在争夺前列位置，许多中国学术机构也出现在名单上。转向欧洲：, IQM在专利家族数量排名中位列第30。 QuIC | 量子技术的全球专利格局Page | 13在这个语料库中，超导量子比特目前占专利家族的三分之二。与硬件量子计算相关，美国公司占据明显优势。 QuIC | 量子技术的全球专利格局第 14 页assignees之间的竞争由美国公司引领，其中一些“纯粹玩家”专注于量子计算，例如D-Wave Systems、IonQ、Rigetti、PsiQuantum。然而，我们应该意识到许多其他初创公司目前正在提交专利申请以扩大其专利组合。同样重要的是要记住，从首次提交日期到首次公布日期之间存在18个月的延迟。It is worth noting thatIQM Finland是欧洲唯一一家在这个图表中，投资主要在超导量子比特上。 QuIC | 量子技术的全球专利格局Page | 15图例：中国