中國量子通信專利布局與發(fā)展現(xiàn)狀分析*

肖勤 程廣明

(廣東國騰量子科技有限公司，肇慶526238)

0 引言

量子通信利用量子疊加態(tài)及糾纏效應，在經(jīng)典通信輔助下，可以實現(xiàn)量子態(tài)信息傳輸或密鑰分發(fā)，主要包括量子隱形傳態(tài)、量子密鑰分發(fā)、量子安全直接通信、量子秘密共享和量子密集編碼等[1]。量子通信安全性由量子原理來保證，在理論協(xié)議層面具有無法被竊聽的信息論安全性保證。以量子密鑰分發(fā)為代表的量子保密通信成為目前應用最成熟的技術之一，其最顯著的優(yōu)勢是具備感知竊聽的能力，即非法第三方對載體信息的量子態(tài)的竊聽行為將不可避免留下痕跡，從而被合法通信方發(fā)現(xiàn)[2]。自1984年BB84協(xié)議誕生以來，許多量子保密通信理論方案相繼被提出且得到驗證，并向?qū)嵱没l(fā)展，特別是量子保密通信網(wǎng)絡化建設領域取得了極大的成就，實現(xiàn)了長距離的穩(wěn)定傳輸、多用戶協(xié)商通信、機載量子糾纏密鑰分發(fā)、天地一體化通信和洲際通信等。隨著量子通信產(chǎn)業(yè)化推進，知識產(chǎn)權保護成為量子通信企業(yè)和相關高校比較關注的主題，特別是近年來國家出臺了一系列鼓勵量子通信產(chǎn)業(yè)化應用的政策，量子通信企業(yè)逐漸成為量子通信專利申請和持有的主體，高校知識產(chǎn)權成果轉(zhuǎn)化也變得活躍。本文主要對中國國內(nèi)量子通信的知識產(chǎn)權現(xiàn)狀進行分析，并對知識產(chǎn)權布局提供了建議。

1 中國量子通信專利申請及公開狀態(tài)

1.1 專利檢索策略及范圍

本文以中國國家知識產(chǎn)權局專利數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，通過Incopat專利檢索網(wǎng)站進行檢索，結(jié)合相關文獻調(diào)研，獲取中國量子通信相關的專利數(shù)據(jù)。

本文的專利數(shù)據(jù)檢索式內(nèi)容：TIAB=(量子通信 OR QKD OR 量子網(wǎng)絡 OR 量子保密 OR 量子密碼 OR 量子密鑰 OR 量子編碼 OR 量子安全 OR 量子加密 OR 量子衛(wèi)星 OR 量子隨機數(shù) OR 量子交換機 OR (單光子探測器 AND 量子) OR (量子態(tài) AND 密碼) OR 量子中繼 OR (量子 AND 路由器) OR (量子算法 AND 通信)) AND ((PNC=("CN"))。通過數(shù)據(jù)清洗，檢索出量子信息相關專利3 652件(統(tǒng)計截至2022年6月10日)。

1.2 量子通信專利申請公開趨勢

圖1是中國量子通信領域每年專利申請數(shù)量及累計申請數(shù)量情況。

圖1 中國量子通信專利申請數(shù)量年度分布

如圖1所示，近20年我國量子信息技術的專利發(fā)展態(tài)勢總體呈上升趨勢。根據(jù)量子通信專利的發(fā)展趨勢，可以看出我國量子通信專利布局的大致可以分為3個階段。

第一階段：量子通信的起步階段。2003—2008年，專利公開量在十幾件左右，中國還未有主導量子通信產(chǎn)業(yè)的相關企業(yè)成立，量子通信主要停留在理論和實驗階段，主要為高校對于量子通信進行理論研究和技術研發(fā)，因此專利申請人主要集中為高校，該時期，量子通信相關專利申請沒有呈系統(tǒng)布局。

第二階段：量子通信的產(chǎn)業(yè)化探索階段。2009—2015年，中國國內(nèi)陸續(xù)有不少量子通信市場化企業(yè)誕生，如2009年成立的科大國盾和問天量子，2012年成立的九州量子，2014年成立的中創(chuàng)為量子等，加快了量子通信的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。這一階段量子專利的公開數(shù)量從2009的23件增長到2015年的149件，專利公開數(shù)量呈線性增長。這一階段，量子通信的研發(fā)已經(jīng)從理論階段進入到產(chǎn)業(yè)化階段，企業(yè)的專利申請數(shù)量超過高校的申請數(shù)量，政府也開始出臺各種鼓勵量子通信發(fā)展的政策，量子通信技術得到穩(wěn)步發(fā)展，量子通信專利申請開始從核心元器件、量子通信設備、通信網(wǎng)絡以及量子通信應用多方面進行布局。

第三階段：量子通信的產(chǎn)業(yè)化擴張階段。自2016年至今，我國越來越重視量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國內(nèi)量子通信不斷成立，例如2016年成立的亨通問天量子，2017年成立的國騰量子、循態(tài)量子和如般量子，2019年成立的國開啟科量子，量子通信產(chǎn)業(yè)化主體增加至超過10家，產(chǎn)業(yè)化進程得到快速發(fā)展。2016年到2018年期間，量子通信相關專利的公開數(shù)量快速增長，到2018年申請591件，達到高位增長階段。從2018年至今，每年專利公開量穩(wěn)定在500～600件，量子通信專利從量子通信核心器件與設備的生產(chǎn)到量子通信傳輸網(wǎng)絡的建設以及量子通信網(wǎng)絡運營與應用進行了全產(chǎn)業(yè)鏈布局。

1.3 量子通信專利中國申請人分布情況

圖2為中國國內(nèi)量子通信專利原始申請人的排名情況。

圖2 中國量子通信專利原始申請人的排名分布

由圖2可知，排名前20的原始申請人中企業(yè)主體有15個，高校主體5個，企業(yè)主體和高校主體專利數(shù)量總和分別為1 289件和469件，企業(yè)主體專利申請人已成為專利申請的主要力量，意味著量子通信產(chǎn)業(yè)化正式進入以企業(yè)為主要推動力量的階段。作為前沿技術領域，我國的量子通信技術策源地為高校，隨著產(chǎn)業(yè)化探索，以高校團隊為核心技術隊伍的量子通信企業(yè)不斷涌現(xiàn)，高校知識產(chǎn)權成果轉(zhuǎn)化和校企合作進入一定熱度階段。例如，中國科學技術大學團隊孵化的科大國盾和問天量子，華師師范大學團隊孵化的國騰量子，上海交通大學團隊孵化的循態(tài)量子?？偟膩碚f，我國量子通信發(fā)展經(jīng)歷了從高校研發(fā)到校企合作再到企業(yè)為主導的一個發(fā)展進程。

1.4 中國量子通信專利轉(zhuǎn)讓情況分析

圖3展示了按照發(fā)生過轉(zhuǎn)讓的專利數(shù)量統(tǒng)計的專利權人排名情況。

專利轉(zhuǎn)讓是專利成果轉(zhuǎn)化及專利運營的方式之一[3]。由圖3可知，中國量子通信領域?qū)＠D(zhuǎn)化第一單位是華南師范大學，專利轉(zhuǎn)讓數(shù)量為76件，其次為國騰量子14件、浙江工商大學12件、中國電力科學院11件，專利轉(zhuǎn)讓數(shù)量均超過10件，國家電網(wǎng)公司、SK電信有限公司、華東師范大學、上海朗研光電和青島鯤騰量子的專利轉(zhuǎn)讓數(shù)量在6～8件。整體來說，高校的轉(zhuǎn)讓主體為3個，高校轉(zhuǎn)讓專利總量為95，企業(yè)的轉(zhuǎn)讓主體6個，企業(yè)轉(zhuǎn)讓專利總量為52，可見，當前量子通信專利技術的轉(zhuǎn)化以高校為主。企業(yè)的轉(zhuǎn)讓主體比高校主體多，但是每個企業(yè)的專利轉(zhuǎn)讓數(shù)量相對高校來說較少，這或許是由于企業(yè)自身將知識產(chǎn)權作為企業(yè)的無形資產(chǎn)和技術保護的武器，只有在少數(shù)特別需要進行技術的轉(zhuǎn)讓來達到商業(yè)目的的活動中企業(yè)才會轉(zhuǎn)讓自身的專利，因此，企業(yè)總體的專利轉(zhuǎn)讓數(shù)量低于高校專利轉(zhuǎn)讓數(shù)量。

圖3 中國量子通信專利轉(zhuǎn)讓人分布

1.5 量子通信專利全國各省市分布情況

圖4是量子通信專利在全國各個省市的排名情況。

從圖4可以看出，我國量子通信技術專利申請量地區(qū)分布中，排名第一的北京擁有691件，這主要得益于北京擁有的專利申請人包括北京郵電大學、中國電子科技集團、清華大學和北京中創(chuàng)為量子等；安徽排名第二，主要由于安徽擁有中國科學技術大學、科大國盾、問天量子等；江蘇排名第三，則是因為江蘇擁有如般量子、亨通問天量子、南京大學、南京中創(chuàng)為量子等。浙江九州量子和浙江神州量子都位于浙江省，因此浙江排名第四。作為我國經(jīng)濟大省的廣東則排名第五，

圖4 中國量子通信專利各省市申請量分布

專利申請量不到北京的一半，專利申請數(shù)量為331件，這還得益于擁有了單體申請數(shù)量排名全國第二的華南師范大學，說明廣東量子通信專利申請主體數(shù)量較少，廣東量子通信技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化相較北京、安徽和江蘇等省市存在一定差距。

2 中國量子通信專利技術和價值度分析

2.1 量子通信專利的IPC分類分布情況

圖5展示了中國量子通信專利在國際IPC分類的分布情況。

圖5 中國量子通信專利的IPC號構(gòu)成分布

國際專利分類是國際上通用的專利文獻分類法，通過 IPC 號，可以便捷地檢索出某技術領域的專利信 息。 對量子通信領域的專利申請的 IPC 號進行統(tǒng)計，有助于明確專利申請集中的領域和技術發(fā)展趨勢[4]。由圖5可知，量子通信在國際IPC分類的分布排名前10的IPC分類是H04L、H04B、G06F、G06N、H04J、G02B、G01J、H04W、G02F和G06Q，分別為2 688件、1 295件、294件、151件、146件、121件、89件、79件和53件。其中，各個IPC分類號對應的技術方向分別如下：

從專利的公開數(shù)量可知，量子通信的專利主要集中在H04L通信和H04B傳輸兩個方向。量子通信是基于量子光通信的信息交換，是光通信利用量子特性在密碼領域的應用，因此，量子通信的主要專利布局才集中在通信和傳輸兩個方向。

表1 IPC分類號與技術方向

其中H04L進行小組細分可以分為：H04L9/08(密鑰分配)、H04L29/06(以協(xié)議為特征的)、H04L9/32(包括用于檢驗系統(tǒng)用戶的身份或憑據(jù)的裝置)、H04L9/00(保密或安全通信裝置)、H04L29/08(傳輸控制規(guī)程)、H04L9/06(使用移位寄存器或存儲器用于塊式碼的密碼裝置)、H04L1/00(檢測或防止收到信息中的差錯的裝置)和H04L7/00(使接收機與發(fā)射機同步的裝置；H04B進行小組細分可以分為：H04B10/70(光子量子通信)、H04B10/556(數(shù)字調(diào)制)、H04B10/548(相位或頻率調(diào)制)、H04B10/85(未經(jīng)授權訪問的保護)、H04B10/54(強度調(diào)制)、H04B10/524(脈沖調(diào)制)、H04B10/61(相干接收器)、H04B10/50(發(fā)射機)、H04B10/516(編碼或調(diào)制元件)、H04B10/532(極化調(diào)制)、H04B10/079(使用數(shù)據(jù)信號的測量值)、H04B10/25(針對光纖傳輸?shù)难b置)和H04B10/69(接收機中的電子裝置等。尤其是H04L9/08(密鑰分配)、H04L29/06(以協(xié)議為特征的)、H04L9/00(保密或安全通信裝置)、H04B10/70(光子量子通信)、H04B10/54(強度調(diào)制)、H04B10/524(脈沖調(diào)制)、H04B10/61(相干接收器)、H04B10/50(發(fā)射機)、H04B10/516(編碼或調(diào)制元件)領域的專利數(shù)量較多，這正是由于量子通信技術的物理原理、通信協(xié)議、編碼方式、通信器件等原理在上述領域的具體體現(xiàn)。

2.2 量子通信專利技術方向分布情況

圖6是中國量子通信專利具體技術方向分布情況。

由圖6可知，量子通信專利涵蓋了專利關鍵器件、設備、網(wǎng)絡、系統(tǒng)協(xié)議以及應用全產(chǎn)業(yè)鏈，量子通信主要解決的是通信加密的問題，因此量子密鑰分發(fā)的專利數(shù)量最多，包括量子密鑰分發(fā)的設備及系統(tǒng)，專利數(shù)量達1 062件。其次是量子編碼器、單光子探測器，專利數(shù)量均在300件以上。量子硬件電路(包括控制電路，修正電路、溫控電路等)以及隨機數(shù)發(fā)生器屬于量子通信的核心元器件，這部分的專利數(shù)量都在200件左右。量子網(wǎng)絡方法應用專利有138件，主要包括量子通信網(wǎng)絡系統(tǒng)、量子通信的應用以及量子通信與相關領域的結(jié)合，這部分的專利數(shù)量不多，但是未來量子通信的應用以及與其他領域的結(jié)合是量子通信產(chǎn)業(yè)化的必經(jīng)趨勢，因此這一技術方向?qū)＠哂休^大的增長空間。多波長激光器和光量子交換機是量子通信的核心部件與設備，但是激光器和交換機在其他領域技術已經(jīng)非常成熟，這一部分的專利數(shù)量相對較少。

圖6 中國量子通信專利技術方向分布情況

2.3 量子通信專利技術功效價值度分析

圖7展示的是量子通信專利技術功效的情況。

技術功效矩陣是專利分析中常常采用的一種分析手段，本文通過對量子通信專利數(shù)據(jù)源標引技術類型和功效，然后進行統(tǒng)計展示出來。如圖7所示，量子通信專利的解決技術問題達到的功效主要集中在提高通信的安全性，降低系統(tǒng)的復雜度以及提高效率方面。隨著產(chǎn)業(yè)化需求增加，量子通信成本和設備穩(wěn)定性成為量子通信廠商必須思考的話題，因此近些年的量子通信專利的功效還體現(xiàn)在降低成本、提高穩(wěn)定性、便利性、可靠性、速度、精度、可控性等方面。

圖7 中國量子通信專利技術功效分布

3 中國量子通信專利保護范圍及專利質(zhì)量分析

圖8展示了不同權利要求條數(shù)的專利數(shù)量分布情況。

圖8 中國量子通信專利的權利要求條數(shù)分布

專利權利要求的數(shù)量從宏觀上體現(xiàn)專利所保護的范圍，具體表現(xiàn)為權利要求數(shù)量越多，往往意味著保護范圍越多，一定意義上專利的質(zhì)量更高。

由圖8可知，量子通信專利中55.6%的權利要求條數(shù)集中在6～10條，表明超過一半的專利保護范圍適中，專利質(zhì)量高；有8.93%的專利其權利要求條數(shù)為11～15之間，說明這部分的量子通信專利保護范圍是較大的，專利質(zhì)量較高；而權利要求條數(shù)在16～20、21～30、31～40以及41以上的專利數(shù)量占比分別為4.18%、1.87%、0.95%、0.85%，說明這部分的專利保護范圍比較大，那么專利價值相對更高。另外，有4.85%和3.95%的專利其權利要求條數(shù)分別為1條和2條，則說明這兩部分的專利保護范圍是比較少的，反映專利質(zhì)量可能不高；有18.7%的專利其權利要求條數(shù)

表2 不同權利要求條數(shù)對應的專利申請人分布情況

在3～5條之間，這部分專利保護范圍較少，專利質(zhì)量則可能較低?？傮w來說，量子通信屬于高技術含量的前沿領域，大部分專利為高質(zhì)量高價值專利。

由表2可知，專利權利要求條數(shù)小于5的主要申請人類別為高校，且高校的申請總量遠遠大于企業(yè)申請總量。專利權利要求書條數(shù)為6～10的申請人中企業(yè)和高校主體數(shù)量及專利申請量相當，排名前8的申請人當中，4個企業(yè)主體專利申請總量為400件，4個高校主體專利申請總量為372件。專利權利要求條數(shù)在11～15的申請人中以企業(yè)主體為主，前8 的申請人除中國電子之外均為量子通信企業(yè)。專利權利要求條數(shù)在16條以上的申請人中，幾乎全部為企業(yè)，充分說明企業(yè)更加注重專利的保護價值。

4 中國量子通信技術研發(fā)及專利布局建議

“十四五”開局階段，支持發(fā)展量子科技已經(jīng)納入全國20多個省和直轄市“十四五”規(guī)劃，全國已經(jīng)進入大力支持發(fā)展量子科技的黃金政策期。隨著政策引導，越來越來多的量子通信關聯(lián)主體將出現(xiàn)，量子通信產(chǎn)業(yè)化將步入快速發(fā)展軌道。鑒于此，本文對于未來一段時間我國量子通信技術發(fā)展以及知識產(chǎn)權保護提出以下幾點建議。

(1)對研發(fā)全過程進行專利布局。近年來量子通信的專利申請數(shù)量保持在每年500～600件左右，隨著政策的扶持、各種資金的投入以及更多量子通信企業(yè)的成立，可以預測未來的量子通信專利申請及公開數(shù)量會持續(xù)快速增長。因此，為了建立未來知識產(chǎn)權競爭優(yōu)勢，量子通信主體在關注研發(fā)活動的同時，應在從項目的立項、研發(fā)、測試，再到產(chǎn)品的生產(chǎn)及市場的推廣全過程中進行專利布局，將各個階段涉及的自主研發(fā)技術及時申請專利。

(2)加大校企合作力度。目前專利的申請人還是集中在高校以及成立時間較早的量子通信企業(yè)中，專利交易活動不夠活躍，仍有很多專利權掌握在高校中，因此加強校企合作力度，逐漸推進高校專利市場化、價值化，對發(fā)揮專利價值和促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有較大促進作用。對于成立時間較短、研發(fā)實力尚弱的量子通信企業(yè)，更加應該加強校企合作，提升研發(fā)實力，結(jié)合專利及經(jīng)營戰(zhàn)略盡快搶占市場。

(3)尋找專利布局突破點。量子通信的專利主要集中在通信與傳輸領域，當前這兩大領域仍然是研發(fā)的重點。從專利的功效角度來看，保證通信安全、降低復雜度、提高效率、降低成本仍然是企業(yè)的主要技術研究趨勢，因此規(guī)模較大的企業(yè)得益于其行業(yè)優(yōu)勢仍然會重點解決這幾個方面的市場需求，但成立較晚的企業(yè)可以嘗試從提高量子通信設備穩(wěn)定性、便利性、可靠性、速度、精度和可控性等方面選擇若干方向進行研發(fā)和突破，形成具有自身發(fā)展特色的行業(yè)競爭優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

目前，量子通信領域申請的專利數(shù)量越來越多，量子通信主體在追求專利數(shù)量的同時需要確保專利質(zhì)量。隨著量子通信基礎技術的成熟，量子通信的應用以及與相關領域的結(jié)合將成為未來的技術發(fā)展重點和熱點，量子通信主體可以進行前瞻性的研發(fā)，從長遠視角出發(fā)進行知識產(chǎn)權布局和保護，讓知識產(chǎn)權助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新。