专利视角下的量子竞赛：《2024全球专利格局白皮书》

2024年1月，欧洲量子产业联盟（QuIC）发布了题为《全球量子技术专利格局描述》的综合白皮书。

该文件以透明的视角展示了当今的知识产权格局，包括知识产权持有人的地理分布。该文件由 QuIC 知识产权（IP）与贸易工作组（WG）发布，报告了全球量子技术的知识产权状况，提供了一个国际竞争的全景图。

根据已定义的细分方法（量子计算、量子通信、量子传感），下图显示了三个部分的专利族数量和各自的权重：

可以看出，量子专利每年的平均增长率相当强劲，在2016-2021年期间的总体增长率约为35% （事实上，量子计算的增长率高达50%）。我们还可以进一步评估每个国家或地区对这些细分市场的相对贡献：

按国家/地区分列的每种量子技术的专利族数量

可以看出，美国和中国实际上主要投资于两个不同的领域：美国主要是量子计算，中国主要是量子通信。在欧洲，没有明显的特定重点，三个部分相当均衡（而在其他地区，量子传感往往落后）。

下面，将详细介绍各个领域的情况。

量子计算领域专利的主要受让方，按有效专利族数量排列

很明显，IBM、微软、谷歌和英特尔等美国大公司在专利族数量上处于领先地位。在中国，百度和本源量子公司也在争夺前几名的位置，许多中国学术机构也榜上有名。在欧洲，IQM的专利族数量排名第30位。

量子计算硬件的特点既体现在支持的量子比特类型上，也体现在硬件可运行的计算类型上。大多数集成商专注于通用量子计算应用（基于门的系统）。量子退火器系统的运行模式通常比较狭窄；不过，许多计算和模拟问题都可以重组，以便在这些系统上运行。

根据欧盟的分类方法，此份报告采用以下细分方法：

- 超导量子计算

- 自旋/硅量子计算

- 捕获离子量子计算机

- 中性原子/冷原子量子计算

- 光量子计算

在量子计算领域的有效专利族中，报告选择了与“量子比特”相关的、与上述每个硬件部分相关的专利族。这一检索结果约占量子计算领域有效专利族的31%。这当然只是指示性的，但它清楚地表明了这些不同技术的相对权重。

按量子计算硬件分类的专利族数量

在这一分类中，超导量子比特目前占与硬件量子计算相关的专利族的三分之二，并且美国公司的专利族遥遥领先。

如果我们只关注这些硬件细分市场的公司和学术机构，就会发现以下情况：

量子计算硬件领域的主要专利申请

相关竞争主要由美国公司主导，也有一些致力于量子计算的“纯玩家”：如D-Wave Systems、IonQ、Rigetti和PsiQuantum。

值得注意的是，芬兰IQM公司是该图表中唯一的欧洲公司，主要投资于超导量子比特。

不过，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。

当然，还有许多其他可能的细分，例如使用错误检测/纠正、量子算法类型等。

量子通信包括量子密码学（包括QKD）和量子互联网。报告排除了 “后量子密码学” ，因为它描述的是能够抵御来自量子计算机的潜在密码攻击的经典技术。

量子通信部分的主要专利格局如下图所示（颜色表示来源国）：

量子通信领域的专利格局，按有效专利族数量排列

很明显，中国和日本在量子通信领域占据了绝对主导地位。目前，与QKD相关的专利家族约占所有专利家族的80%（量子互联网因此约占20%）。

量子传感领域的专利格局，按有效专利族数量排序

欧洲的入榜公司包括CEA（原子能和替代能源委员会）、Thales、Bosch和Element Six Technologies。

接下来，报告在这一领域采用了以下细分方法：

- 金刚石中的NV色心

- OPM

- SQUID / SQIF

- 冷原子

- 里德堡原子

如果我们看一下首次申请的专利族在上述各个部分的相对权重，就会发现以下情况：

量子传感技术专利的相对比重

就细分技术而言，NV色心是当今的领先技术。基于约瑟夫森效应的SQUID/SQIF技术仍然相当活跃，尽管它们现在可被视为“老”技术。

重要的是要考虑到，许多专利或专利申请只在对应国家的“国内”使用，有价值的专利和专利申请通常会扩展到原产国之外。

因此，报告还特别关注了国际专利族，其定义如下：“国际专利族”是指至少有两个不同的专利局公布了专利族成员的专利族。报告根据专利合作条约直接提交的首次申请纳入这一类别。

各国的相对权重（与国际专利比较）

从表中可以明显看出，仅考虑国际专利族的情况完全改变了国家/地区的权重，美国遥遥领先，欧洲上升到第二位，中国从第一位上升到与日本并列第三位：只有7%的中国专利族扩展到了中国以外，大多数中国专利只在国内使用。

因此，中国专利在所有国际专利中的相对比重下降到11%。

量子科技细分领域的相对专利权重（与国际专利族的比较）

就量子计算而言，仅考虑国际专利族，前10位如下所示（颜色表示来源国）：

仅考虑国际专利族的量子计算领域十大受让方

值得注意的一点是，前十名中没有欧洲受让方，而美国公司却占据了很大优势。

量子通信十大受让方，仅考虑国际专利族（注：ID Quantique是一家位于瑞士的公司，为韩国SK Telecom公司所有）

这里的情况出现了很大不同：没有中国的学术机构，只有一些大型中国公司，而日本公司则居于首位。我们现在还可以看到一些活跃的欧洲公司。

量子传感十大受让方，仅考虑国际专利族

泰雷兹公司（Thales ）、第六元素技术公司（Element Six Technologies ）和法国国家科学研究中心（CNRS ）跻身前十名。

值得注意的是，前10名中有4家属于航空航天与国防领域。

根据专利族总数，排名前20位的欧洲受让方如下：

根据专利族数量排序的欧洲领先者

我们可以看到，研究与技术机构在这份榜单中占有重要地位，尤其是法国原子能和替代能源委员会（CEA）、法国国家科学研究中心（CNRS）、德国弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer）、QuTech（代尔夫特理工大学与应用科学研究组织的合作机构）、尤利希研究中心（Forschungszentrum Jülich）、IMEC（位于比利时的微电子中心）、牛津大学和索邦大学。

具体来说，在量子计算领域，芬兰IQM公司和法国源讯（Bull Atos）公司处于领先地位，其中源讯公司的专利组合更倾向于量子模拟，这一点不足为奇。在量子通信领域，英国电信、Arqit、诺基亚、ID QUANTIQUE、德国电信都拥有强大的专利组合。在量子传感领域，泰雷兹（Thales）和博世（Bosch ）在专利家族数量上遥遥领先。

就研究与技术机构而言，在量子计算领域，法国原子能和替代能源委员会（CEA）、法国国家科学研究中心（CNRS ）和QuTech遥遥领先。在量子通信领域，研究与技术组织目前没有大力投资，但弗劳恩霍夫最为活跃。在量子传感方面，法国原子能和替代能源委员会（CEA）、弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer）和法国国家科学研究中心（CNRS ）处于领先地位。