量子密鑰分發(fā)技術(shù)專利分析

關(guān)鍵詞：量子密鑰分發(fā);專利分析;專利申請(qǐng)

中圖分類號(hào)：TN918 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）06-0190-03

Keywords：quantum key distribution;patent analysis;patent application

0 ?引 ?言

量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribution，QKD）起源于美國(guó)，由美國(guó)IBM公司的Bennett和加拿大Montreal大學(xué)Brassard在1984年共同提出第一個(gè)量子密鑰分發(fā)協(xié)議。量子密鑰分發(fā)中，通信雙方通過量子態(tài)傳遞密鑰，鑒于量子不可克隆原理和海森堡不確定性等量子力學(xué)特性，能夠確保密鑰在分發(fā)過程中對(duì)竊聽者的完全抵抗能力，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)條件安全。

1 ?國(guó)內(nèi)外量子密鑰分發(fā)技術(shù)專利情況

為了研究量子密鑰分發(fā)技術(shù)的專利法發(fā)展情況，本文選擇中國(guó)專利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)（CNABS）和外文文摘庫(kù)（SIPOABS）作為數(shù)據(jù)源，經(jīng)過中英文關(guān)鍵詞檢索、去噪、人工篩選等，對(duì)申請(qǐng)量、主要申請(qǐng)人、地區(qū)分布等進(jìn)行宏觀數(shù)據(jù)分析，據(jù)此了解量子密鑰分發(fā)技術(shù)的發(fā)展路線，為該行業(yè)發(fā)展與未來(lái)趨勢(shì)預(yù)判提供依據(jù)。

1.1 ?申請(qǐng)量趨勢(shì)

1993年至2018年底，量子密鑰分發(fā)技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)量為1127件。來(lái)自IBM公司的美國(guó)申請(qǐng)人Bennett于1993年5月25日首次提出了量子密鑰分發(fā)技術(shù)的專利申請(qǐng)，其后10年都處于緩慢的發(fā)展進(jìn)程。專利申請(qǐng)量趨勢(shì)如圖1所示，自2004年起，國(guó)外申請(qǐng)量呈現(xiàn)出顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)，并于2005年達(dá)到峰值，之后至2017年一直呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的波動(dòng)趨勢(shì)。由此可見，國(guó)外的QKD技術(shù)逐漸趨于成熟，創(chuàng)新空間有限。相對(duì)于國(guó)外申請(qǐng)，中國(guó)科學(xué)院研究生院于2001年8月31日提出了首件量子密鑰分發(fā)技術(shù)相關(guān)的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)，2001～2010年的10年間，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)微弱，與國(guó)外申請(qǐng)量差距懸殊。隨著我國(guó)對(duì)量子密鑰分發(fā)技術(shù)研究水平的提高，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人開始逐漸意識(shí)到國(guó)內(nèi)市場(chǎng)擁有廣闊的發(fā)展前景。從2011年起，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，且申請(qǐng)量逐年遞增，并于2013起超越國(guó)外申請(qǐng)量。2017年，我國(guó)提交了近150件專利申請(qǐng)，全國(guó)的申請(qǐng)量達(dá)到頂峰。

1.2 ?技術(shù)原創(chuàng)國(guó)和技術(shù)目標(biāo)國(guó)分布

量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)原創(chuàng)國(guó)和目標(biāo)國(guó)的分布情況如圖2和圖3所示。從圖中可以看出，中國(guó)、美國(guó)是該領(lǐng)域最主要的技術(shù)原創(chuàng)國(guó)，英國(guó)、韓國(guó)、日本次之。此外，中國(guó)和美國(guó)也是主要的技術(shù)目標(biāo)國(guó)，申請(qǐng)量總和占據(jù)全球申請(qǐng)量的70%以上，是量子密鑰分發(fā)技術(shù)最主要的市場(chǎng)。從圖中還可以看出，雖然我國(guó)對(duì)量子通信的研究時(shí)間較短，但原創(chuàng)專利數(shù)量已經(jīng)明顯高于美歐日韓等國(guó)家，是當(dāng)今本領(lǐng)域中重要的技術(shù)原創(chuàng)國(guó)。

1.3 ?主要申請(qǐng)人分析

量子密鑰分發(fā)技術(shù)領(lǐng)域的全球申請(qǐng)量排名前十位的申請(qǐng)人如圖4所示。排名第一的美國(guó)MAGIQ技術(shù)公司的申請(qǐng)量遙遙領(lǐng)先，但其申請(qǐng)均是在2010年以前提出的。2010年之后，國(guó)外的QKD技術(shù)趨于成熟，企業(yè)的創(chuàng)新空間受到制約，致使外國(guó)企業(yè)后勁不足。而此時(shí)，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人正致力于量子密鑰技術(shù)的研究，后來(lái)者居上，在排名前五位的申請(qǐng)人中占據(jù)了四席。其中排名第二位的安徽問天量子科技股份有限公司起源于中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，排名第四位和第五位的北京郵電大學(xué)和華南師范大學(xué)也是國(guó)內(nèi)著名學(xué)府，由此可以看出，我國(guó)在量子密鑰分發(fā)技術(shù)上的發(fā)展主要依托于高校的科研力量。排名第三位的阿里巴巴集團(tuán)控股有限公司在電子商務(wù)、網(wǎng)上支付等方面一直處于國(guó)內(nèi)的領(lǐng)先位置，對(duì)于保密通信有著深入的研究，能夠較早意識(shí)到量子密鑰學(xué)所具有的巨大商業(yè)前景，因此對(duì)專利布局起步較早。排名第五為至第十位的五家企業(yè)中，日本電氣股份有限公司、SK電信有限公司和秦內(nèi)蒂克有限公司分別排名第六、第八和第十位，可見日本、韓國(guó)、英國(guó)這些發(fā)達(dá)國(guó)家也在量子密鑰領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。

2.1 ?US5307410A

公開號(hào)為US5307410A的美國(guó)專利申請(qǐng)為量子密鑰分發(fā)技術(shù)最早的相關(guān)專利文獻(xiàn)，該專利涉及一個(gè)干涉量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括多個(gè)通信節(jié)點(diǎn);一個(gè)量子信道，用于傳送弱光脈沖和參考光脈沖;一個(gè)時(shí)標(biāo)信道，用于傳輸時(shí)標(biāo)信號(hào);一個(gè)消息信道，用于傳輸從明文和密文組中篩選出的信息。至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)包含第一發(fā)射源，用于發(fā)送以固定間隔通過量子信道傳輸?shù)膩?lái)自強(qiáng)度小于單光子/弱脈沖的相干光的弱光脈沖;第二發(fā)射源提供量子信道傳輸?shù)膮⒖脊饷}沖;節(jié)點(diǎn)的相位調(diào)制器用于根據(jù)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)設(shè)置所述弱光脈沖的相位。節(jié)點(diǎn)還包括一個(gè)與量子信道相連的接收機(jī)，用于檢測(cè)接收到的弱光脈沖。

2.2 ?CN1407739A

公開號(hào)為CN1407739A的專利文獻(xiàn)為國(guó)內(nèi)首件量子密鑰分發(fā)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)，它公開了一種經(jīng)典信號(hào)同步延時(shí)的復(fù)合QKD系統(tǒng)及其雙速協(xié)議，將量子信道設(shè)置在光纖纖芯，經(jīng)典信道在自由空間、經(jīng)典信號(hào)與相應(yīng)的一個(gè)量子信號(hào)之間有一個(gè)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，保證接收者可以利用經(jīng)典信號(hào)測(cè)量相應(yīng)的量子信號(hào)。該申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N理論可達(dá)數(shù)十公里范圍的量子密鑰分發(fā)方案。

2.3 ?US2004109564A1

美國(guó)專利申請(qǐng)US2004109564A1是連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)的最早相關(guān)專利文獻(xiàn)，它公開了一種利用連續(xù)幅相調(diào)制的相干光脈沖的高速量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的發(fā)送單元利用編碼器分發(fā)一個(gè)量子相干態(tài)正交分量中的原始密鑰，該量子相干態(tài)在相位和幅度上連續(xù)調(diào)制，接收單元利用量子相干態(tài)零差檢波器檢測(cè)相干態(tài)的正交分量，并接收原始密鑰。

2.4 ?CN105024809A

公開號(hào)為CN105024809A的中國(guó)專利申請(qǐng)為上海交通大學(xué)曾貴華小組提出的一種基于高斯調(diào)制相干態(tài)的長(zhǎng)距離連續(xù)變量量子分發(fā)方法，通過引入高效率數(shù)據(jù)協(xié)商算法、適合長(zhǎng)距離通信的低噪零差檢測(cè)器以及高精度相位補(bǔ)償算法，提高了CVQKD系統(tǒng)對(duì)過噪聲的抑制能力及后處理效率，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)單模光纖下安全傳輸距離為100～150km的連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)。

3 ?結(jié) ?論

本文統(tǒng)計(jì)概括了量子密鑰分發(fā)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)趨勢(shì)、技術(shù)原創(chuàng)國(guó)與目標(biāo)國(guó)分布以及主要申請(qǐng)人排名的情況，并對(duì)該領(lǐng)域部分重點(diǎn)專利進(jìn)行了分析，有助于國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人了解量子密鑰分發(fā)技術(shù)專利現(xiàn)狀，并把握市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)技術(shù)相比于國(guó)外發(fā)展較晚，但近年來(lái)該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量和原創(chuàng)專利數(shù)量已經(jīng)明顯高于其他國(guó)家，我國(guó)的量子密鑰分發(fā)技術(shù)已基本成熟。但是當(dāng)前的量子密鑰分發(fā)技術(shù)的研究仍然主要依靠高校的科研力量，還未大量投入產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。因此，將量子密鑰分發(fā)技術(shù)商業(yè)化和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，將是國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人關(guān)注的重點(diǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：李昕萌（1989-），女，漢族，天津武清人，專利審查員，研究實(shí)習(xí)員，碩士，研究方向：網(wǎng)絡(luò)通信。