欧洲专利局报告：崛起中的量子计算技术

远望智库开源情报中心 忆竹 编译

2023年元月23日，欧洲专利局（EPO）发布了一份关于量子计算的专利洞察报告。根据公开的专利信息，该报告概述了整个量子计算和以下子部门:量子计算的物理实现、量子错误纠正和缓解，以及与量子计算和人工智能/机器学习相关的技术。这项研究是由欧洲专利局(EPO)和欧洲空间政策研究所(ESPI)与欧洲航天局(ESA)合作，审查了量子技术空间应用领域的全球专利申请趋势(2001-2020年)。

在过去十年左右的时间里，许多大型技术公司已经投入巨资开发量子计算技术。这是一项极具优势和竞争力的技术，与传统系统相比有许多优势，例如能够分析大量数据，而传统计算机系统根本无法在合理的时间内完成这些工作。

该报告的一些主要结论是:

1)在过去十年中，量子计算领域的发明数量成倍增长。

2)总体而言，量子计算发明的增长率高于所有技术领域。

3)高于平均水平的国际专利申请份额表明，人们对相关技术和跨国商业化战略抱有很高的经济预期。

在量子计算领域，大约十分之一的欧洲专利申请有几个专利申请人，这表明他们之间的积极合作。专利申请人来自各大洲，明确关注同一地区或洲。在子行业“量子计算的物理实现”、“量子纠错/缓解”和“量子计算和人工智能/机器学习”中，专利趋势活跃，发明数量也成倍增长。

虽然所有技术领域的发明数量都在不断增加，但量子计算领域的增幅远远高于平均水平。没有迹象表明量子计算领域的这种动态发展将在未来几年放缓，随着我们越来越深入地进入更复杂的数字领域，鼓励和培养该领域的创新和合作将比以往任何时候都更加重要，这样才能确保整个社会都能受益。

量子计算:每个最早出版年份的国际专利家族数量

每个最早出版年份的国际专利家族数量，作为具有高经济预期的发明的代表。

1.量子技术的空间应用

量子技术的空间应用是一个快速增长的领域，专利申请在过去五年中增长了400%以上。量子密钥分发、冷原子时钟和冷原子干涉仪方面的大多数专利申请不是来自同一个关键参与者，指出高度专业化和有限的协同作用。

然而，根据专利申请统计，欧洲还不是太空相关量子技术创新的先行者。随着最近欧洲量子通信基础设施(EuroQCI)等重大方案的推出，这种情况在未来可能会有所改变，该方案旨在利用量子密钥分发开发一个欧洲量子通信基础设施，并应包括一个重要的空间要素。

量子和空间领域都已成为包括欧洲国家和欧盟在内的世界主要大国的重要战略技术领域。在空间环境中使用量子技术是该技术的一种非常具体的用途，但这种用途正在得到越来越多的探索，正如最近几次携带量子密码有效载荷的卫星演示任务所证明的那样。

量子技术在空间的主要用途是保密通信、时间和频率传递以及地球感知和观测。在专利申请分析中，该研究考虑了支持这些主要应用的三个关键技术:（1）量子密钥分发；（2）冷原子钟；（3）冷原子干涉仪。

对全球专利申请统计数据的分析强调了以下主要趋势:

（1）量子技术的空间应用是一个快速增长的领域，专利申请在过去五年中增长了400%以上。

（2）这种增长主要是由量子密钥分发的创新推动的，量子密钥分发占了分析数据集的大部分(78%)。

（3）量子技术的空间应用仍然是一个小领域，仅占整个量子技术领域的一小部分。

（4）大多数空间相关的量子技术创新源自欧洲以外，美国和中国在全球专利申请中领先。

（5）量子密钥分发、冷原子时钟和冷原子干涉仪方面的大多数专利申请不是来自同一个关键参与者，指向高度专业化和有限的协同作用。

包括空间部门在内的全球对量子技术及其应用日益增长的政治兴趣正在推动该领域的创新，并为新发明创造切实的机会。在欧洲，量子技术和空间应用，例如基于空间的量子密钥分配，已经被认为是对社会和整个经济具有根本性影响的颠覆性技术领域。

空间相关量子技术专利系列的趋势

2. 量子技术研究现状

量子物理领域的研究已经持续了几十年，促进了支撑现代社会的一些核心技术的发展，如激光器或晶体管。近年来，商业量子物理中更不寻常的性质，如量子叠加和量子纠缠，越来越成为人们关注的焦点。随着量子技术利用量子物理定律，他们能够解决一些当今数字时代面临的最大挑战，如安全通信、计算能力和传感器精度。量子技术可以分为四个不同的区域:

（1）量子通信使用光子的量子状态和适当的协议来安全地传输数据。

（2）量子模拟使用受控的量子系统来复制和测试不易接近的量子系统的模型。

（3）量子计算利用量子效应来增加计算能力。

（4）量子计量和感知利用相干量子系统的特性及其与环境的相互作用。

2010年代，各国政府在世界各地推出了几项与量子技术相关的重大举措和计划，为基础和高级研究提供了数十亿欧元，包括空间应用。所有这些举措都旨在加速从学术研究向实际应用的转变。除了量子应用的巨大社会经济价值之外，各国政府还将量子计算视为一种战略能力，因为它们在国防、安全通信和增强网络安全方面的潜在用途。

截至2021年1月，已有17个国家出台了某种形式的国家举措或战略来支持量子技术研发，并制定了处于不同发展阶段的战略，另有12个国家出台了由政府资助或政府支持的重大举措。

在过去十年中，私营部门也在量子相关的研发方面进行了大量投资，特别是在量子计算方面。全球科技巨头(如谷歌、微软、IBM、阿里巴巴、东芝)，而越来越多的量子技术初创企业正在吸引私人投资者。全球私人投资在2012年至2018年间大幅增长，2017年和2018年合计达到近5亿美元。

3.结束语

量子技术及其具体空间应用在当今世界的重要性正在迅速增长，这一点从政府的主要计划、该领域日益增加的私人投资和企业家精神以及专利申请统计数据中可以看出，本报告对此进行了深入分析。

在这一领域观察到的巨大势头可能会刺激未来的创新，并继续促进专利申请的上升趋势。分析显示，2001年至2020年期间，与空间相关的量子技术专利申请的增长率远远超过了所有技术的全球专利申请增长率(5倍)。

尽管与空间相关的量子技术仍然是整个领域中的一个细分市场，但一些应用，特别是量子密钥分发技术，在未来将变得更大。这尤其得益于它们在应对安全通信和网络安全等关键挑战方面被广泛认可的战略价值。今天，为电信设计新的加密方法有一种真正的紧迫感。

欧盟已将量子部门列为其战略优先事项之一，特别提到了空间量子将发挥的作用。其中的一个关键组成部分将是即将到来的EuroQCI的卫星部分。虽然量子技术在欧洲政策议程中占据重要位置，但对专利申请统计数据的分析显示，大多数与太空相关的量子技术创新源自欧洲以外，其中美国和中国走在前列。