歐洲專利局報告：崛起中的量子計算技術(shù)

2023年元月23日，歐洲專利局（EPO）發(fā)布了一份關(guān)于量子計算的專利洞察報告。根據(jù)公開的專利信息，該報告概述了整個量子計算和以下子部門:量子計算的物理實現(xiàn)、量子錯誤糾正和緩解，以及與量子計算和人工智能/機器學習相關(guān)的技術(shù)。這項研究是由歐洲專利局(EPO)和歐洲空間政策研究所(ESPI)與歐洲航天局(ESA)合作，審查了量子技術(shù)空間應(yīng)用領(lǐng)域的全球?qū)＠暾堏厔?2001-2020年)。

在過去十年左右的時間里，許多大型技術(shù)公司已經(jīng)投入巨資開發(fā)量子計算技術(shù)。這是一項極具優(yōu)勢和競爭力的技術(shù)，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比有許多優(yōu)勢，例如能夠分析大量數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)根本無法在合理的時間內(nèi)完成這些工作。

該報告的一些主要結(jié)論是:

1)在過去十年中，量子計算領(lǐng)域的發(fā)明數(shù)量成倍增長。

2)總體而言，量子計算發(fā)明的增長率高于所有技術(shù)領(lǐng)域。

3)高于平均水平的國際專利申請份額表明，人們對相關(guān)技術(shù)和跨國商業(yè)化戰(zhàn)略抱有很高的經(jīng)濟預期。

在量子計算領(lǐng)域，大約十分之一的歐洲專利申請有幾個專利申請人，這表明他們之間的積極合作。專利申請人來自各大洲，明確關(guān)注同一地區(qū)或洲。在子行業(yè)“量子計算的物理實現(xiàn)”、“量子糾錯/緩解”和“量子計算和人工智能/機器學習”中，專利趨勢活躍，發(fā)明數(shù)量也成倍增長。

雖然所有技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)明數(shù)量都在不斷增加，但量子計算領(lǐng)域的增幅遠遠高于平均水平。沒有跡象表明量子計算領(lǐng)域的這種動態(tài)發(fā)展將在未來幾年放緩，隨著我們越來越深入地進入更復雜的數(shù)字領(lǐng)域，鼓勵和培養(yǎng)該領(lǐng)域的創(chuàng)新和合作將比以往任何時候都更加重要，這樣才能確保整個社會都能受益。

量子計算:每個最早出版年份的國際專利家族數(shù)量

每個最早出版年份的國際專利家族數(shù)量，作為具有高經(jīng)濟預期的發(fā)明的代表。

1.量子技術(shù)的空間應(yīng)用

量子技術(shù)的空間應(yīng)用是一個快速增長的領(lǐng)域，專利申請在過去五年中增長了400%以上。量子密鑰分發(fā)、冷原子時鐘和冷原子干涉儀方面的大多數(shù)專利申請不是來自同一個關(guān)鍵參與者，指出高度專業(yè)化和有限的協(xié)同作用。

然而，根據(jù)專利申請統(tǒng)計，歐洲還不是太空相關(guān)量子技術(shù)創(chuàng)新的先行者。隨著最近歐洲量子通信基礎(chǔ)設(shè)施(EuroQCI)等重大方案的推出，這種情況在未來可能會有所改變，該方案旨在利用量子密鑰分發(fā)開發(fā)一個歐洲量子通信基礎(chǔ)設(shè)施，并應(yīng)包括一個重要的空間要素。

量子和空間領(lǐng)域都已成為包括歐洲國家和歐盟在內(nèi)的世界主要大國的重要戰(zhàn)略技術(shù)領(lǐng)域。在空間環(huán)境中使用量子技術(shù)是該技術(shù)的一種非常具體的用途，但這種用途正在得到越來越多的探索，正如最近幾次攜帶量子密碼有效載荷的衛(wèi)星演示任務(wù)所證明的那樣。

量子技術(shù)在空間的主要用途是保密通信、時間和頻率傳遞以及地球感知和觀測。在專利申請分析中，該研究考慮了支持這些主要應(yīng)用的三個關(guān)鍵技術(shù):（1）量子密鑰分發(fā)；（2）冷原子鐘；（3）冷原子干涉儀。

對全球?qū)＠暾埥y(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析強調(diào)了以下主要趨勢:

（1）量子技術(shù)的空間應(yīng)用是一個快速增長的領(lǐng)域，專利申請在過去五年中增長了400%以上。

（2）這種增長主要是由量子密鑰分發(fā)的創(chuàng)新推動的，量子密鑰分發(fā)占了分析數(shù)據(jù)集的大部分(78%)。

（3）量子技術(shù)的空間應(yīng)用仍然是一個小領(lǐng)域，僅占整個量子技術(shù)領(lǐng)域的一小部分。

（4）大多數(shù)空間相關(guān)的量子技術(shù)創(chuàng)新源自歐洲以外，美國和中國在全球?qū)＠暾堉蓄I(lǐng)先。

（5）量子密鑰分發(fā)、冷原子時鐘和冷原子干涉儀方面的大多數(shù)專利申請不是來自同一個關(guān)鍵參與者，指向高度專業(yè)化和有限的協(xié)同作用。

包括空間部門在內(nèi)的全球?qū)α孔蛹夹g(shù)及其應(yīng)用日益增長的政治興趣正在推動該領(lǐng)域的創(chuàng)新，并為新發(fā)明創(chuàng)造切實的機會。在歐洲，量子技術(shù)和空間應(yīng)用，例如基于空間的量子密鑰分配，已經(jīng)被認為是對社會和整個經(jīng)濟具有根本性影響的顛覆性技術(shù)領(lǐng)域。

空間相關(guān)量子技術(shù)專利系列的趨勢

2. 量子技術(shù)研究現(xiàn)狀

量子物理領(lǐng)域的研究已經(jīng)持續(xù)了幾十年，促進了支撐現(xiàn)代社會的一些核心技術(shù)的發(fā)展，如激光器或晶體管。近年來，商業(yè)量子物理中更不尋常的性質(zhì)，如量子疊加和量子糾纏，越來越成為人們關(guān)注的焦點。隨著量子技術(shù)利用量子物理定律，他們能夠解決一些當今數(shù)字時代面臨的最大挑戰(zhàn)，如安全通信、計算能力和傳感器精度。量子技術(shù)可以分為四個不同的區(qū)域:

（1）量子通信使用光子的量子狀態(tài)和適當?shù)膮f(xié)議來安全地傳輸數(shù)據(jù)。

（2）量子模擬使用受控的量子系統(tǒng)來復制和測試不易接近的量子系統(tǒng)的模型。

（3）量子計算利用量子效應(yīng)來增加計算能力。

（4）量子計量和感知利用相干量子系統(tǒng)的特性及其與環(huán)境的相互作用。

2010年代，各國政府在世界各地推出了幾項與量子技術(shù)相關(guān)的重大舉措和計劃，為基礎(chǔ)和高級研究提供了數(shù)十億歐元，包括空間應(yīng)用。所有這些舉措都旨在加速從學術(shù)研究向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。除了量子應(yīng)用的巨大社會經(jīng)濟價值之外，各國政府還將量子計算視為一種戰(zhàn)略能力，因為它們在國防、安全通信和增強網(wǎng)絡(luò)安全方面的潛在用途。

截至2021年1月，已有17個國家出臺了某種形式的國家舉措或戰(zhàn)略來支持量子技術(shù)研發(fā)，并制定了處于不同發(fā)展階段的戰(zhàn)略，另有12個國家出臺了由政府資助或政府支持的重大舉措。

在過去十年中，私營部門也在量子相關(guān)的研發(fā)方面進行了大量投資，特別是在量子計算方面。全球科技巨頭(如谷歌、微軟、IBM、阿里巴巴、東芝)，而越來越多的量子技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)正在吸引私人投資者。全球私人投資在2012年至2018年間大幅增長，2017年和2018年合計達到近5億美元。

3.結(jié)束語

量子技術(shù)及其具體空間應(yīng)用在當今世界的重要性正在迅速增長，這一點從政府的主要計劃、該領(lǐng)域日益增加的私人投資和企業(yè)家精神以及專利申請統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以看出，本報告對此進行了深入分析。

在這一領(lǐng)域觀察到的巨大勢頭可能會刺激未來的創(chuàng)新，并繼續(xù)促進專利申請的上升趨勢。分析顯示，2001年至2020年期間，與空間相關(guān)的量子技術(shù)專利申請的增長率遠遠超過了所有技術(shù)的全球?qū)＠暾堅鲩L率(5倍)。

盡管與空間相關(guān)的量子技術(shù)仍然是整個領(lǐng)域中的一個細分市場，但一些應(yīng)用，特別是量子密鑰分發(fā)技術(shù)，在未來將變得更大。這尤其得益于它們在應(yīng)對安全通信和網(wǎng)絡(luò)安全等關(guān)鍵挑戰(zhàn)方面被廣泛認可的戰(zhàn)略價值。今天，為電信設(shè)計新的加密方法有一種真正的緊迫感。

歐盟已將量子部門列為其戰(zhàn)略優(yōu)先事項之一，特別提到了空間量子將發(fā)揮的作用。其中的一個關(guān)鍵組成部分將是即將到來的EuroQCI的衛(wèi)星部分。雖然量子技術(shù)在歐洲政策議程中占據(jù)重要位置，但對專利申請統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析顯示，大多數(shù)與太空相關(guān)的量子技術(shù)創(chuàng)新源自歐洲以外，其中美國和中國走在前列。

審核編輯 ：李倩