量子密钥分发技术专利分析

关键词：量子密钥分发;專利分析;专利申请

中图分类号：TN918      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）06-0190-03

Keywords：quantum key distribution;patent analysis;patent application

0  引  言

量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）起源于美国，由美国IBM公司的Bennett和加拿大Montreal大学Brassard在1984年共同提出第一个量子密钥分发协议。量子密钥分发中，通信双方通过量子态传递密钥，鉴于量子不可克隆原理和海森堡不确定性等量子力学特性，能够确保密钥在分发过程中对窃听者的完全抵抗能力，保证了数据传输的无条件安全。

1  国内外量子密钥分发技术专利情况

为了研究量子密钥分发技术的专利法发展情况，本文选择中国专利文摘数据库（CNABS）和外文文摘库（SIPOABS）作为数据源，经过中英文关键词检索、去噪、人工筛选等，对申请量、主要申请人、地区分布等进行宏观数据分析，据此了解量子密钥分发技术的发展路线，为该行业发展与未来趋势预判提供依据。

1.1  申请量趋势

1993年至2018年底，量子密钥分发技术的全球专利申请量为1127件。来自IBM公司的美国申请人Bennett于1993年5月25日首次提出了量子密钥分发技术的专利申请，其后10年都处于缓慢的发展进程。专利申请量趋势如图1所示，自2004年起，国外申请量呈现出显著的增长趋势，并于2005年达到峰值，之后至2017年一直呈现较为稳定的波动趋势。由此可见，国外的QKD技术逐渐趋于成熟，创新空间有限。相对于国外申请，中国科学院研究生院于2001年8月31日提出了首件量子密钥分发技术相关的国内申请，2001～2010年的10年间，国内申请量增长态势微弱，与国外申请量差距悬殊。随着我国对量子密钥分发技术研究水平的提高，国内申请人开始逐渐意识到国内市场拥有广阔的发展前景。从2011年起，国内申请量呈现出明显的增长趋势，且申请量逐年递增，并于2013起超越国外申请量。2017年，我国提交了近150件专利申请，全国的申请量达到顶峰。

1.2  技术原创国和技术目标国分布

量子密钥分发领域的技术原创国和目标国的分布情况如图2和图3所示。从图中可以看出，中国、美国是该领域最主要的技术原创国，英国、韩国、日本次之。此外，中国和美国也是主要的技术目标国，申请量总和占据全球申请量的70%以上，是量子密钥分发技术最主要的市场。从图中还可以看出，虽然我国对量子通信的研究时间较短，但原创专利数量已经明显高于美欧日韩等国家，是当今本领域中重要的技术原创国。

1.3  主要申请人分析

量子密钥分发技术领域的全球申请量排名前十位的申请人如图4所示。排名第一的美国MAGIQ技术公司的申请量遥遥领先，但其申请均是在2010年以前提出的。2010年之后，国外的QKD技术趋于成熟，企业的创新空间受到制约，致使外国企业后劲不足。而此时，国内申请人正致力于量子密钥技术的研究，后来者居上，在排名前五位的申请人中占据了四席。其中排名第二位的安徽问天量子科技股份有限公司起源于中科院量子信息重点实验室，排名第四位和第五位的北京邮电大学和华南师范大学也是国内著名学府，由此可以看出，我国在量子密钥分发技术上的发展主要依托于高校的科研力量。排名第三位的阿里巴巴集团控股有限公司在电子商务、网上支付等方面一直处于国内的领先位置，对于保密通信有着深入的研究，能够较早意识到量子密钥学所具有的巨大商业前景，因此对专利布局起步较早。排名第五为至第十位的五家企业中，日本电气股份有限公司、SK电信有限公司和秦内蒂克有限公司分别排名第六、第八和第十位，可见日本、韩国、英国这些发达国家也在量子密钥领域占据了一席之地。

2.1  US5307410A

公开号为US5307410A的美国专利申请为量子密钥分发技术最早的相关专利文献，该专利涉及一个干涉量子密钥分发系统，系统包括多个通信节点;一个量子信道，用于传送弱光脉冲和参考光脉冲;一个时标信道，用于传输时标信号;一个消息信道，用于传输从明文和密文组中筛选出的信息。至少一个节点包含第一发射源，用于发送以固定间隔通过量子信道传输的来自强度小于单光子/弱脉冲的相干光的弱光脉冲;第二发射源提供量子信道传输的参考光脉冲;节点的相位调制器用于根据随机数发生器产生的随机数设置所述弱光脉冲的相位。节点还包括一个与量子信道相连的接收机，用于检测接收到的弱光脉冲。

2.2  CN1407739A

公开号为CN1407739A的专利文献为国内首件量子密钥分发技术领域的专利申请，它公开了一种经典信号同步延时的复合QKD系统及其双速协议，将量子信道设置在光纤纤芯，经典信道在自由空间、经典信号与相应的一个量子信号之间有一个适当的延时，保证接收者可以利用经典信号测量相应的量子信号。该申请提供了一种理论可达数十公里范围的量子密钥分发方案。

2.3  US2004109564A1

美国专利申请US2004109564A1是连续变量量子密钥分发的最早相关专利文献，它公开了一种利用连续幅相调制的相干光脉冲的高速量子密钥分发系统，该系统的发送单元利用编碼器分发一个量子相干态正交分量中的原始密钥，该量子相干态在相位和幅度上连续调制，接收单元利用量子相干态零差检波器检测相干态的正交分量，并接收原始密钥。

2.4  CN105024809A

公开号为CN105024809A的中国专利申请为上海交通大学曾贵华小组提出的一种基于高斯调制相干态的长距离连续变量量子分发方法，通过引入高效率数据协商算法、适合长距离通信的低噪零差检测器以及高精度相位补偿算法，提高了CVQKD系统对过噪声的抑制能力及后处理效率，实现标准单模光纤下安全传输距离为100～150km的连续变量量子密钥分发。

3  结  论

本文统计概括了量子密钥分发技术领域的专利申请趋势、技术原创国与目标国分布以及主要申请人排名的情况，并对该领域部分重点专利进行了分析，有助于国内申请人了解量子密钥分发技术专利现状，并把握市场发展趋势。国内技术相比于国外发展较晚，但近年来该领域的国内申请量和原创专利数量已经明显高于其他国家，我国的量子密钥分发技术已基本成熟。但是当前的量子密钥分发技术的研究仍然主要依靠高校的科研力量，还未大量投入产业应用。因此，将量子密钥分发技术商业化和实现产业应用，将是国内申请人关注的重点。

参考文献：

[1] 刘维琪，彭进业，黄鹏，等.连续变量量子密钥分发技术研究进展 [J].信息安全研究，2017，3（1）：44-52.

[2] 高晶亮.量子密钥分发的研究与实现 [D].西安：西安电子科技大学，2011.

[3] 郑凯，王美霞，张光宇.自由空间量子密钥分配的发展状况 [J].光通信技术，2008（6）：41-43.

[4] 刘洋.远距离量子密钥分发系统的相关研究 [D].合肥：中国科学技术大学，2012.

[5] 高永强.量子通信原理及应用 [J].通信企业管理，2017（1）：61-63.

作者简介：李昕萌（1989-），女，汉族，天津武清人，专利审查员，研究实习员，硕士，研究方向：网络通信。