基于專利計(jì)量的中美量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展態(tài)勢研究

顏學(xué)明，劉建明

(1.廣東外語外貿(mào)大學(xué)，廣東廣州 510006；2.廣東省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，廣東廣州 510033)

1 研究背景

為了在全球量子科技中占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)，以美國為代表的發(fā)達(dá)國家從項(xiàng)目、資金和人才培養(yǎng)等方面出臺了一系列量子信息技術(shù)的幫扶政策，大力支持高等學(xué)校、科研院所加強(qiáng)量子信息技術(shù)開展項(xiàng)目研究。為占據(jù)量子信息技術(shù)制高點(diǎn)，美國于2018 年出臺了《國家量子計(jì)劃法案》，對發(fā)展量子信息技術(shù)進(jìn)行了立法保障，這部法案明確了美國發(fā)展量子信息的總體框架。此外，美國還特意成立了國家量子協(xié)調(diào)辦公室，計(jì)劃投入12.75 億美元開展量子信息技術(shù)的研究與應(yīng)用［1］。中國在《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中明確提出要瞄準(zhǔn)人工智能、量子信息、集成電路等前沿領(lǐng)域，實(shí)施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項(xiàng)目。2020 年10 月16 日，中共中央政治局就量子科技研究和應(yīng)用前景舉行第二十四次集體學(xué)習(xí)。由此可見，中國也已經(jīng)將發(fā)展量子信息提升到國家戰(zhàn)略的高度。

隨著芯片集成度不斷提升，單位面積的晶體管數(shù)量已經(jīng)逐漸逼近物理限制，電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展將面臨新的挑戰(zhàn)，而量子計(jì)算作為量子力學(xué)與信息科學(xué)交叉結(jié)合的新興技術(shù)［2］，是量子信息領(lǐng)域重要的技術(shù)方向［3］，尤其是量子計(jì)算機(jī)擁有強(qiáng)大的并行計(jì)算能力將為人類社會(huì)提供強(qiáng)大算力，在后摩爾時(shí)代，基于量子比特的疊加性、糾纏性等特性,使量子計(jì)算機(jī)有望突破經(jīng)典電子計(jì)算機(jī)的極限，并從一定程度上解決電子計(jì)算機(jī)上某些無法解開的難題。當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，經(jīng)濟(jì)全球化遭遇逆流，產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全受到威脅，中國芯片產(chǎn)業(yè)對外依存度較高，在美國技術(shù)封鎖下，陷入了“卡脖子”的困境。為了徹底擺脫困境，實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，本研究從中美量子計(jì)算專利視角，把握量子計(jì)算的發(fā)展趨勢，在信息技術(shù)上實(shí)現(xiàn)彎道超車具有重要借鑒意義。

2 文獻(xiàn)綜述

量子計(jì)算作為前沿顛覆性技術(shù)對中美兩國都十分重要，研究量子計(jì)算技術(shù)和產(chǎn)業(yè)具有重大意義。因此，準(zhǔn)確把握當(dāng)前量子計(jì)算發(fā)展階段，分析量子計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)對于制定量子計(jì)算發(fā)展戰(zhàn)略，推動(dòng)量子計(jì)算相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展具有重要意義。

物理學(xué)家Feynman［4］于1982 年首次提出，根據(jù)量子力學(xué)的原則來構(gòu)建的新型計(jì)算機(jī)在求解某些問題會(huì)更有效。周武源等［5］基于德溫特?cái)?shù)據(jù)庫和incoPat 數(shù)據(jù)庫對全球量子計(jì)算專利申請趨勢、地區(qū)分布情況和技術(shù)領(lǐng)域分別進(jìn)行了相關(guān)分析，并為中國發(fā)展量子計(jì)算提供了有針對性的參考。張海懿等［6］梳理了量子計(jì)算的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，并對適用于量子計(jì)算的若干潛在應(yīng)用展開分析，最后對未來量子計(jì)算的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行了展望。田倩飛等［7］以Web of Science 數(shù)據(jù)庫中的SCI 論文作為數(shù)據(jù)源，基于文獻(xiàn)計(jì)量的理論來研究量子計(jì)算相關(guān)理論的進(jìn)展情況，從論文數(shù)量、主要國家和科研機(jī)構(gòu)及不同機(jī)構(gòu)的論文合作網(wǎng)絡(luò)等維度進(jìn)行了分析，采用VOSViewer 軟件挖掘了量子計(jì)算的高頻詞匯。于杰平等［8］從科技規(guī)劃、論文和產(chǎn)業(yè)三個(gè)維度來分析中美兩國量子計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀，研究發(fā)現(xiàn)美國在量子計(jì)算基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用均領(lǐng)先中國，有針對性地從四個(gè)方面提出促進(jìn)中國量子計(jì)算發(fā)展的對策建議。李曉巍等［9］回顧了量子計(jì)算思想與概念的形成、重要理論及算法的發(fā)展以及應(yīng)用情況，系統(tǒng)梳理了超導(dǎo)量子計(jì)算、分布式超導(dǎo)量子計(jì)算、光量子計(jì)算等具有代表性的量子計(jì)算技術(shù)路線及其發(fā)展態(tài)勢，針對量子計(jì)算多條技術(shù)路線存在的共性問題，對我國量子計(jì)算領(lǐng)域未來發(fā)展提出對策建議。沙銳等［10］基于智慧芽專利數(shù)據(jù)，從專利申請趨勢、技術(shù)領(lǐng)域分布、申請機(jī)構(gòu)、專利布局等方面，結(jié)合中美兩國在該領(lǐng)域的布局情況，對中美兩國量子信息科學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行了分析比較，研究認(rèn)為中國主要聚焦于量子通信，美國更加關(guān)注量子計(jì)算機(jī)，最后從國家戰(zhàn)略層面、產(chǎn)學(xué)研融合、技術(shù)研究領(lǐng)域和人才培養(yǎng)方面提出對策建議。李剛［11］從科技政策、資金投入等方面分析了美國、歐洲、英國和日本等國家在量子信息技術(shù)上發(fā)展情況，列舉了中國在量子信息技術(shù)上取得的成績，分析了制約中國量子信息技術(shù)發(fā)展的重要因素，最后提出了促進(jìn)量子信息技術(shù)發(fā)展的對策建議。張桂紅［12］基于智慧芽專利數(shù)據(jù)庫，分別從專利申請趨勢、技術(shù)領(lǐng)域、專利權(quán)人和專利權(quán)人區(qū)域來考量量子信息技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，研究發(fā)現(xiàn)，美國和日本兩國早期的專利申請較多，近年來中國量子信息技術(shù)專利申請已超過日本，僅次于美國。

量子計(jì)算作為量子信息中最具備顛覆性，同時(shí)也是難度最大的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是量子計(jì)算機(jī)對于中國在信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)彎道超車具有十分重要的意義。此外，全球知名高端智庫美國蘭德公司發(fā)布《中美量子技術(shù)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)評估》報(bào)告，全面評估了美國量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)現(xiàn)狀，對比分析了中美量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)差異，說明量子計(jì)算已經(jīng)從科學(xué)研究逐步走向產(chǎn)業(yè)化階段。由于量子計(jì)算的前沿性和新穎性，導(dǎo)致量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取較為困難，專利是基礎(chǔ)研究走向應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化階段的重要標(biāo)志，里面蘊(yùn)含了大量的技術(shù)發(fā)明信息，對于分析中美兩國量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測未來技術(shù)具有十分重要的作用［13］。因此，本文從專利數(shù)據(jù)的視角出發(fā)，把握中美量子計(jì)算技術(shù)競爭態(tài)勢，分析中美量子計(jì)算技術(shù)的優(yōu)劣勢，并且歸納提煉美國在政府政策支持、科學(xué)研究活動(dòng)、企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新等多個(gè)層面推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和做法，以期發(fā)現(xiàn)中國量子計(jì)算技術(shù)存在的短板，對于制定中國量子計(jì)算發(fā)展戰(zhàn)略，推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的持續(xù)、健康發(fā)展具有重要意義。

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

為了全面、準(zhǔn)確地遴選量子計(jì)算的關(guān)鍵檢索詞，本文參考中國信通院［3,14-15］的系列白皮書、清華大學(xué)龍桂魯［16］關(guān)于量子計(jì)算機(jī)的論文以及中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所夏培肅［17］院士發(fā)表在國內(nèi)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域頂級學(xué)術(shù)期刊上的量子計(jì)算論文，將量子計(jì)算涉及的技術(shù)領(lǐng)域分為量子芯片、量子基礎(chǔ)平臺和量子計(jì)算應(yīng)用三個(gè)方面。為提高專利文獻(xiàn)的查全率，本文從以上參考文獻(xiàn)中選取量子計(jì)算的部分關(guān)鍵詞作為檢索詞，在萬方數(shù)據(jù)庫和知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，提取相似度較高的關(guān)鍵詞，多次重復(fù)上述操作，直至提取的關(guān)鍵詞沒有太大變化。本文以智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源［18］，檢索的關(guān)鍵詞為：TAC_ALL:((量子 $PRE2 編碼) OR (quantum $PRE2 coding) OR (量子$PRE2 處理器) OR (quantum $PRE2 processor) OR (量子$PRE2 芯片) OR (quantum $PRE2 chip) OR (超導(dǎo)$PRE2 量子) OR (superconducting $PRE2 quantum) OR (半導(dǎo)體量子) OR (semiconductor $PRE1 quantum) OR (離子阱 $PRE2 量子) OR (quantum $PRE2 "trapped ion") OR (光量子$PRE2 (計(jì)算OR芯片)) OR ("photon quantum") OR (拓?fù)?$PRE2 量子) OR (topology $PRE2 quantum) OR (中性原子 $PRE2 量子) OR (quantum $PRE2 "neutral atom") OR (硅半導(dǎo)體AND量子) OR ("silicon semiconductor" AND quantum) OR (量子$PRE2 云平臺) OR (quantum $PRE2 "cloud platform") OR (量子$PRE2 操作系統(tǒng)) OR (quantum $PRE2 "operating system") OR (量子 $PRE2 算法 OR quantum $PRE2 algorithm) OR (量子 $PRE2 編程) OR (quantum $PRE2 programming) OR (量子$PRE2 指令集) OR (quantum $PRE2 "instruction set") OR (量子 $PRE2 編譯器) OR (quantum $PRE2 compiler) OR (量子$PRE2 測控) OR (quantum $PRE2 measurement) OR (量子 $PRE2 優(yōu)化) OR (quantum $PRE2 optimization) OR (量子$PRE2 機(jī)器學(xué)習(xí)) OR (quantum $PRE2 "machine learning") OR (量子 $PRE2 人工智能) OR (quantum $PRE2 "artificial intelligence") OR (量子 $PRE2 化學(xué)) OR (quantum $PRE2 chemistry) OR (量子$PRE2 金融) OR (quantum $PRE2 finance) OR (量子計(jì)算機(jī) OR "quantum computer"))，檢索時(shí)間2000—2020 年，去掉發(fā)明專利申請公開的重復(fù)數(shù)據(jù)，過濾掉失效專利，IPC 分類為G 部和H 部，一共得到美國發(fā)明專利申請1 784 件，美國已授權(quán)發(fā)明專利1 464 件，中國發(fā)明專利申請2 229 件，中國已授權(quán)發(fā)明專利1 126 件。

3.2 研究方法

本文采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)中關(guān)于專利計(jì)量的研究方法，在宏觀層面根據(jù)專利申請量來分析研判中美兩國在量子計(jì)算的發(fā)展態(tài)勢；中觀層面分析中美兩國在量子計(jì)算的具體技術(shù)領(lǐng)域分布情況；從微觀層面分析中美兩國量子計(jì)算的主要專利權(quán)人和高價(jià)值專利，借此全方面、多角度來對比分析中美兩國在量子計(jì)算的發(fā)展情況。

4 中美量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

4.1 發(fā)明專利申請情況分析

從2000—2020 年，中美兩國創(chuàng)新主體在量子計(jì)算領(lǐng)域共申請了4 013 件發(fā)明專利。中美量子計(jì)算2000—2020 年發(fā)明專利申請量如圖1 所示。通過圖1 的數(shù)據(jù)顯示分析，中國的量子計(jì)算發(fā)展可以成為三個(gè)階段：（1）2000—2008 年是中國量子計(jì)算的萌芽階段，發(fā)明專利申請量只有個(gè)位數(shù)，起步約比美國晚8 年時(shí)間；（2）2009—2014 年是中國量子計(jì)算的穩(wěn)步發(fā)展期，發(fā)明專利申請量穩(wěn)步增長，2012 年的發(fā)明專利申請量首次超過美國；（3）2015—2020年是中國量子計(jì)算的快速發(fā)展期，發(fā)明專利申請量呈指數(shù)式增長。反觀美國的量子計(jì)算成長路徑與中國有所不同，2000 年以前是美國量子計(jì)算的萌芽期，此后的十余年一直是平穩(wěn)發(fā)展，2014 年量子計(jì)算駛?cè)肟燔嚨?，發(fā)明專利申請量顯著增加。

圖1 2000—2020 年中美量子計(jì)算發(fā)明專利申請量

此外，PCT 專利申請也能反映一個(gè)國家創(chuàng)新主體參與國際競爭的實(shí)力。由圖1 可見，從PCT 國際專利申請量來看，中美兩國近20 年在量子計(jì)算領(lǐng)的PCT 國際專利申請量736 件，其中中國的PCT 國際專利申請量95 件，美國641 件，中國PCT 國際專利申請量不到美國的1/6。從PCT 國際專利申請時(shí)間來看，美國在2000 年就開始在海外市場布局PCT 國際專利，近十幾年來一直保持平穩(wěn)增長，然而中國在2012 年之前僅有零星的PCT 國際專利申請，并且在2015 年的專利申請量逐漸與中國拉開距離（見圖2）。由此可見，美國的企業(yè)瞄準(zhǔn)全球市場對量子計(jì)算進(jìn)行專利布局，中國的企業(yè)是在2012 年以后才開始進(jìn)入全球市場，比美國晚了十幾年。

圖2 2000—2020 年中美量子計(jì)算歷年P(guān)CT 專利申請情況

由圖2 可見，從發(fā)明專利申請趨勢來看，美國起步明顯早于中國，主要是因?yàn)槊绹鴮α孔佑?jì)算的政策布局要早于中國。大名鼎鼎的美國國防部高級研究計(jì)劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）在2002 年就制定了《量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃明確給出了量子計(jì)算發(fā)展的計(jì)劃和時(shí)間表，目標(biāo)是若干年內(nèi)在核磁共振量子計(jì)算、中性原子量子計(jì)算、光量子計(jì)算、離子阱量子計(jì)算等領(lǐng)域取得重大研究進(jìn)展。隨后美國國家相關(guān)部委又陸續(xù)出臺了系列支持量子計(jì)算發(fā)展的舉措。美國國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)發(fā)布《量子信息科學(xué)國家總體戰(zhàn)略》，把量子計(jì)算作為未來十年量子信息技術(shù)的重要環(huán)節(jié)［8］。2018 年，美國時(shí)任總統(tǒng)特朗普簽署了《國家量子倡議法案》，全方位加速量子科技的研發(fā)與應(yīng)用，確保美國在量子科技領(lǐng)先地位。美國在量子信息技術(shù)發(fā)展的早期階段通過科技規(guī)劃來制定量子計(jì)算研發(fā)計(jì)劃的時(shí)間表和進(jìn)度條，隨后通過國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)來明確技術(shù)發(fā)展的總體戰(zhàn)略，最后上升到國家方案，通過國家立法來保障資金、人才、基礎(chǔ)設(shè)施等投入，從而帶動(dòng)社會(huì)資本和市場主體加大研發(fā)投入，實(shí)現(xiàn)從“基礎(chǔ)研究—技術(shù)開發(fā)—成果產(chǎn)業(yè)化”的全鏈條的先發(fā)優(yōu)勢。

中國自2006 年起，科技部和中國科學(xué)院開始資助量子科技的項(xiàng)目研究，主要集中在量子通信技術(shù)。《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》明確提出了要設(shè)立“量子通信與量子計(jì)算機(jī)”重大科技項(xiàng)目，提出要研制量子計(jì)算原型機(jī)，量子計(jì)算列入國家發(fā)展戰(zhàn)略，迎來了量子計(jì)算發(fā)展的高峰期。這主要得益于中國政府全面實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入規(guī)模僅次于美國，穩(wěn)居世界第二位，研發(fā)投入強(qiáng)度也是穩(wěn)步提升，已接近OECD 國家的平均水平，也正是由于中國將科技作為第一生產(chǎn)力，不斷加大在量子計(jì)算等前沿技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)費(fèi)、人才投入，中國才能在量子計(jì)算追趕美國。

4.2 發(fā)明專利授權(quán)情況分析

考慮到發(fā)明專利申請樣本中存在一部分未授權(quán)專利，這些未得到授權(quán)的專利質(zhì)量又參差不齊。如果僅從專利申請情況來分析發(fā)展趨勢可能會(huì)存在誤判，因此，為了提高分析質(zhì)量，本文對發(fā)明專利授權(quán)量進(jìn)行重點(diǎn)分析。如圖3 所示，美國的發(fā)明專利授權(quán)量明顯高于中國，這主要有以下幾個(gè)原因：一是美國政府出臺發(fā)展量子計(jì)算的政策比中國早，量子計(jì)算的相關(guān)人才儲備比中國多。二是在產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段也比中國早，以美國谷歌、IBM 公司為代表的IT 巨頭很早就涉足量子計(jì)算領(lǐng)域，提前謀劃和布局了一批發(fā)明專利。三是量子計(jì)算涉及量子力學(xué)和信息科學(xué)的融合，美國在這兩個(gè)學(xué)科都擁有一批世界頂級人才，基礎(chǔ)研究實(shí)力雄厚，成果產(chǎn)業(yè)化土壤肥沃。

圖3 2000—2020 年中美量子計(jì)算發(fā)明專利授權(quán)趨勢

中國近年來的表現(xiàn)較為亮眼，尤其是2012 年以后，發(fā)明專利授權(quán)量緊追美國，甚至在個(gè)別年份還趕超美國，主要得益于中國政府高度重視量子技術(shù)的發(fā)展，在安徽合肥設(shè)立了量子信息國家實(shí)驗(yàn)室，成為了量子信息的國家隊(duì)，因此在人才和資金上均得到了保障。2020 年發(fā)明專利授權(quán)量比上年少可能是因?yàn)榘l(fā)明專利授權(quán)的時(shí)間比較長。

4.3 技術(shù)領(lǐng)域分析

專利IPC分類是國際通用的專利技術(shù)分類體系，因此通過分析中美兩國量子計(jì)算的IPC 分類可以窺探兩國在量子計(jì)算的技術(shù)領(lǐng)域布局。此外，通過對IPC 大組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，挖掘量子信息的熱點(diǎn)技術(shù)。

表1 枚舉了中美兩國量子計(jì)算發(fā)明專利授權(quán)量排在前10 的IPC 大組類，從表中數(shù)據(jù)來看，美國在基于量子力學(xué)現(xiàn)象的信息處理（G06N10）上的發(fā)明專利授權(quán)量最多，說明美國在量子計(jì)算依賴的基礎(chǔ)理論做了很多深入的研究，基礎(chǔ)研究是“源頭活水”。發(fā)明專利授權(quán)量排在前7 位的IPC 大組幾乎都是與量子計(jì)算的底層硬件技術(shù)相關(guān)的專利，包括邏輯電路、超導(dǎo)線圈及量子計(jì)算的存儲納米技術(shù)等，純具體應(yīng)用的專利反而不多。反觀中國，發(fā)明專利授權(quán)量最多的是保密或者安全通信裝置（H04L9），排名第二的才是基于量子力學(xué)現(xiàn)象的信息處理（G06N10）相關(guān)的發(fā)明專利，第三位的是基于生物學(xué)模型的計(jì)算（G06N3），利用量子計(jì)算的理論方法改進(jìn)生物學(xué)的仿生算法（例如遺傳算法）。總的來說，中國在量子計(jì)算領(lǐng)域的布局更偏向于應(yīng)用，底層的理論及量子計(jì)算的硬件專利較美國偏少。

表1 中美量子計(jì)算發(fā)明專利授權(quán)前10 位IPC 技術(shù)領(lǐng)域分布 單位：件

表1 （續(xù)）

5 中美典型機(jī)構(gòu)和高被引專利分析

5.1 中美典型機(jī)構(gòu)專利人分析

為了發(fā)掘量子計(jì)算的創(chuàng)新主體在中美的布局情況，我們從微觀層面分析中美兩國量子計(jì)算典型專利人。表2 列舉了中美兩國量子計(jì)算發(fā)明專利授權(quán)量排名前十位的專利權(quán)人。在中國國家知識產(chǎn)權(quán)局的量子計(jì)算專利申請中，排名前10 位的均來自中國，有6 家是高校和科研院所，4 家為企業(yè)。美國專利與商標(biāo)局有8 家為企業(yè)，2 家為高校和科研院所。由此可見，中國的高校和科研院所仍然是量子計(jì)算的創(chuàng)新主力軍，企業(yè)創(chuàng)新力量還不足，排第二位的合肥本源量子已然是國內(nèi)量子計(jì)算的龍頭企業(yè)，但從中科院孵化出來的時(shí)間還比較短，公司的發(fā)展仍處在起步階段。相比之下，美國的量子計(jì)算創(chuàng)新主體主要為企業(yè)，IBM、微軟、英特爾、谷歌等IT 巨頭已成為美國量子計(jì)算的主力軍。此外，加拿大的D-WAVE 公司和日本的東芝也開始在美國市場進(jìn)行專利布局，說明加拿大和日本比較看好美國的量子計(jì)算發(fā)展前景。美國的量子計(jì)算已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室階段走向產(chǎn)業(yè)化階段。

表2 中美發(fā)明專利授權(quán)量排名前十的專利權(quán)人 單位：件

5.2 高被引專利分析

研究表明，專利引用過程中蘊(yùn)含著知識活動(dòng)，引用過程中包含著知識的產(chǎn)生與傳播、知識的發(fā)展與重組等活動(dòng)［19］，高被引專利則被認(rèn)為是該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)創(chuàng)新強(qiáng)、應(yīng)用前景廣闊的核心專利。本文中的高被引專利指專利自申請公開后累計(jì)被其他專利引用達(dá)到60 次以上的專利［20］，量子計(jì)算高被引專利情況見表3 所示。從表3 來看，加拿大量子計(jì)算D-WAVE 公司在美國專利和商標(biāo)局申請的高被引專利有16 件，總量位居首位，被引用次數(shù)排前五專利有3件出自D-WAVE公司，被引用次數(shù)高達(dá)1 767次，平均每件專利的被引用次數(shù)達(dá)到110.4 次，說明該企業(yè)把大量的核心專利和高價(jià)值專利布局在美國市場布局，以期在美國的量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)占據(jù)一席之地。美國的軍工企業(yè)諾斯洛普格魯門公司的高被引專利有3 件，居第二位，被引用次數(shù)達(dá)到261 次，平均每件專利的被引用次數(shù)為87 次。這主要是由于量子計(jì)算技術(shù)一開始就由美國國防部提出，以用于增強(qiáng)國防軍事力量，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸滲透到民用。中國只有華為一家企業(yè)的專利入選高被引專利，數(shù)量和引用次數(shù)均少于加拿大和美國的企業(yè)，說明中國在量子計(jì)算上擁有核心專利的企業(yè)還是太少。

表3 量子計(jì)算高被引專利情況 單位：次

表3 （續(xù)）

6 美國發(fā)展量子計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)及啟示

美國發(fā)展量子計(jì)算的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒學(xué)習(xí)。首先，美國非常重視量子信息領(lǐng)域的頂層設(shè)計(jì)，2018 年頒布通過的《國家量子計(jì)劃法案》，該法案制定了為期10 年的國家量子計(jì)劃框架，授權(quán)國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、國家科學(xué)基金會(huì)和能源部等相關(guān)部門加強(qiáng)協(xié)調(diào)，聯(lián)合制定量子信息科學(xué)研發(fā)計(jì)劃，并加強(qiáng)量子信息的軍民融合應(yīng)用。其次，美國高度重視對量子信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究，大力培養(yǎng)量子學(xué)科的專業(yè)人才。再次，美國積極構(gòu)建量子計(jì)算的企業(yè)創(chuàng)新生態(tài)，支持企業(yè)深度參與政府設(shè)立的科研項(xiàng)目，加強(qiáng)高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研融合創(chuàng)新。例如美國能源部（DOE）投資6.25 億美元建立量子信息科學(xué)研究中心，項(xiàng)目得到了IBM、微軟、英特爾等IT 巨頭大力支持與深度參與。最后，美國也是高度重視量子計(jì)算領(lǐng)域的國際合作，充分調(diào)度國際合作伙伴資源聯(lián)動(dòng)開展技術(shù)研究，通過官方合作促進(jìn)國際前沿合作。例如美國和英國簽署了量子科技合作的聯(lián)合聲明，具體內(nèi)容包括促進(jìn)量子領(lǐng)域聯(lián)合研究、建立全球市場和供應(yīng)鏈并培訓(xùn)下一代科學(xué)家和工程師。我國目前在量子計(jì)算的頂層設(shè)計(jì)制度仍然不夠明晰，基礎(chǔ)研究還比較薄弱，人才培養(yǎng)機(jī)制尚未建立，企業(yè)規(guī)模還比較弱小。因此，美國在量子計(jì)算的頂層設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)研究和人才培養(yǎng)、企業(yè)創(chuàng)新生態(tài)構(gòu)建和國際合作等經(jīng)驗(yàn)給我國發(fā)展量子計(jì)算提供了重要啟示。

7 研究結(jié)論與建議

7.1 研究結(jié)論

基于中美兩國的量子計(jì)算專利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，本文從專利計(jì)量的視角，由面到點(diǎn)全面分析中美兩國的發(fā)明專利申請趨勢、PCT 專利申請趨勢、技術(shù)領(lǐng)域和典型機(jī)構(gòu)專利權(quán)人的情況，長跨度跟蹤中美量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢。研究表明，中國在量子計(jì)算起步晚于美國，但是發(fā)展后勁很足，發(fā)明專利申請已經(jīng)趕超美國，但是專利質(zhì)量較美國還有一定的差距，中國的量子計(jì)算的創(chuàng)新主體仍然是高校和科研院所，美國的企業(yè)已經(jīng)成為量子計(jì)算的主力軍。美國量子計(jì)算早期以國防研究需要，制定量子信息科技發(fā)展規(guī)劃，通過科技規(guī)劃來制定量子計(jì)算涉及技術(shù)的研發(fā)計(jì)劃的時(shí)間表和進(jìn)度條，隨后通過國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)來明確技術(shù)發(fā)展的總體戰(zhàn)略，最后上升到國家方案，最終通過國家立法來保障資金、人才、基礎(chǔ)設(shè)施等投入，從而帶動(dòng)社會(huì)資本和市場主體加大研發(fā)投入，實(shí)現(xiàn)從“基礎(chǔ)研究—技術(shù)開發(fā)—成果產(chǎn)業(yè)化”的全鏈條的模式。美國對量子計(jì)算采用這種研發(fā)模式可以實(shí)現(xiàn)從政策鏈、創(chuàng)新鏈、人才鏈、資金鏈、產(chǎn)業(yè)鏈的融通發(fā)展，從而更好地保障美國在量子計(jì)算的全球主導(dǎo)地位和先發(fā)優(yōu)勢。從PCT 專利申請布局和專利申請人來看，美國的研發(fā)模式可以提高美國企業(yè)的研發(fā)效率，快速地從基礎(chǔ)研究邁入成果產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，有助于企業(yè)迅速走出國門搶占全球市場，構(gòu)建高效的專利網(wǎng)以求得在別國構(gòu)筑技術(shù)壁壘。中國在量子計(jì)算研發(fā)起步時(shí)間晚、研究基礎(chǔ)較為薄弱，原創(chuàng)新的成果較少，目前大量的研發(fā)工作主要還是由高校和科研院所承擔(dān)，仍處于研發(fā)的早期階段，企業(yè)在量子計(jì)算技術(shù)的研發(fā)實(shí)力偏弱，信息技術(shù)的大型企業(yè)對量子計(jì)算的關(guān)注度還不夠高。

7.2 政策建議

當(dāng)前國際格局和國際體系正在發(fā)生深刻調(diào)整，全球治理體系正在發(fā)生深刻變革。隨著中國在量子計(jì)算領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，并研制出九章量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)［21］，讓我國成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的國家。但是我國量子計(jì)算研發(fā)主要還是集中在財(cái)政資助的高校和科研機(jī)構(gòu)，企業(yè)參與度較低，量子計(jì)算布局更偏向于應(yīng)用，涉及的量子計(jì)算理論的研究較少，此外，量子計(jì)算的硬件專利偏少，關(guān)鍵材料和組件未來可能面臨“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)。

未來中美在量子計(jì)算，尤其是在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域可能會(huì)出現(xiàn)“你追我趕”的態(tài)勢，美國的量子計(jì)算技術(shù)起步比我們早，擁有一批世界級領(lǐng)軍企業(yè)，我國擁有社會(huì)主義的優(yōu)越制度優(yōu)勢，能集中力量辦大事，在新型舉國體制的研發(fā)模式下，也取得了一批重大原創(chuàng)成果。根據(jù)以上結(jié)論，結(jié)合中國的國情，借鑒學(xué)習(xí)美國的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和做法，提出發(fā)展壯大量子計(jì)算的政策建議。

（1）抓好量子計(jì)算頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)和前瞻布局，建設(shè)世界量子計(jì)算強(qiáng)國。一是指導(dǎo)國內(nèi)高端智庫持續(xù)跟蹤量子計(jì)算，尤其是加強(qiáng)對美國的技術(shù)跟蹤，做到知己知彼。二是從國家層面做好量子計(jì)算的頂層設(shè)計(jì)，下好先手棋，謀劃全局，制定“量子科技十年行動(dòng)方案”，制定路線圖和時(shí)間表。三是找到量子計(jì)算發(fā)展的切入口，統(tǒng)籌做好量子計(jì)算相關(guān)的學(xué)科，以培育量子芯片、量子計(jì)算機(jī)為核心的新興產(chǎn)業(yè)為目標(biāo)，躋身全球量子計(jì)算第一梯隊(duì)，搶占量子計(jì)算技術(shù)和產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。四是在北京、合肥等量子計(jì)算發(fā)展優(yōu)勢明顯的地區(qū)布局一批國家級科技基礎(chǔ)平臺，筑巢迎鳳，吸引全球量子計(jì)算頂尖科學(xué)家和工程師創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。

（2）加快量子計(jì)算基礎(chǔ)研究取得突破，開展新型舉國體制的核心技術(shù)攻關(guān)。一是要持續(xù)加強(qiáng)量子計(jì)算基礎(chǔ)研究，這是量子計(jì)算的“源頭活水”，圍繞量子力學(xué)、量子計(jì)算的基礎(chǔ)理論，實(shí)現(xiàn)以“十年磨一劍”為代表作的評價(jià)制度，為科研人員營造寬松的考核制度。二是依托已有的大院大所、高水平研究型大學(xué)、國家實(shí)驗(yàn)室等戰(zhàn)略科技力量，聚焦量子計(jì)算的前沿理論持續(xù)開展基礎(chǔ)研究，努力將中國打造成量子計(jì)算的原始創(chuàng)新策源地。三是從國家層面設(shè)立量子計(jì)算專項(xiàng)基金，對科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)實(shí)行“包干制”，讓科學(xué)家根據(jù)研究需要自主支配經(jīng)費(fèi)，不斷完善考核機(jī)制，改進(jìn)急功近利的考核模式。四是優(yōu)化國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)，對量子計(jì)算的不同技術(shù)路線予以支持，多條腿走路。鼓勵(lì)國內(nèi)量子計(jì)算領(lǐng)軍企業(yè)聯(lián)合大院大所組件創(chuàng)新聯(lián)合體承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，針對產(chǎn)業(yè)技術(shù)問題持續(xù)開展核心技術(shù)攻關(guān)。

（3）始終堅(jiān)持引進(jìn)和培育量子計(jì)算人才作為引領(lǐng)量子計(jì)算發(fā)展的首要任務(wù)。一是聚焦量子計(jì)算世界最前沿研究領(lǐng)域，加大中科大、量子信息科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室等國內(nèi)量子科技重大平臺的聚才引才力度，引進(jìn)海內(nèi)外量子計(jì)算領(lǐng)軍型團(tuán)隊(duì)，打造量子計(jì)算世界人才中心。二是實(shí)施更加開放、包容的人才政策，完善外國人才服務(wù)管理機(jī)制，營造“近悅遠(yuǎn)來、拴心留才”的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才發(fā)展環(huán)境。三是圍繞量子計(jì)算領(lǐng)域，在全國重點(diǎn)高校開設(shè)量子計(jì)算學(xué)科建設(shè)，著力培養(yǎng)一大批本土量子計(jì)算科學(xué)家、工程師，走好新時(shí)代量子計(jì)算人才自主培養(yǎng)之路。四是不斷深化科技人才分類評價(jià)改革，完善科研人員考核評價(jià)機(jī)制，賦予科學(xué)家技術(shù)路線自主權(quán)、科研經(jīng)費(fèi)支配權(quán)，從而進(jìn)一步解放科研生產(chǎn)力，激化創(chuàng)新活力。

（4）聚焦經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，營造量子計(jì)算技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)境，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度融合，擴(kuò)大國際合作“朋友圈”。一是營造量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新環(huán)境，圍繞創(chuàng)新鏈布局產(chǎn)業(yè)鏈，加快產(chǎn)學(xué)研融通，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。二是聚焦量子計(jì)算機(jī)、量子化學(xué)模擬等應(yīng)用場景，加速量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，構(gòu)建以龍頭企業(yè)為主體，市場應(yīng)用為導(dǎo)向，科研院所和高校深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系，孵化和培育一批科技型中小微企業(yè)，形成量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)集群和產(chǎn)業(yè)園區(qū)。依靠量子計(jì)算龍頭企業(yè)帶動(dòng)示范作用，整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游，培育量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)集群，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的高等學(xué)校、科研院所、國家實(shí)驗(yàn)室、行業(yè)龍頭企業(yè)、科技金融機(jī)構(gòu)等創(chuàng)新資源協(xié)同對接，形成相互支撐的全產(chǎn)業(yè)鏈條。三是鼓勵(lì)社會(huì)資本入駐高校和科研機(jī)構(gòu)設(shè)立量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)孵化基金，建立高效的科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)體系。四是聚焦國際科技交流合作，積極融入量子計(jì)算全球創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)大國際科技合作“朋友圈，積極參與量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。