基于专利地图的广东省量子信息技术发展分析及建议

陈柏兴,张夏雨,许华锋,叶敏忠

(1.广东省科学技术情报研究所,广东广州 510033;2.中国南方电网有限责任公司培训与评价中心,广东广州 510670)

0 引言

量子信息技术是当今最前沿的技术之一,新一轮量子革命的到来将可能催生颠覆性的新技术。全球知名咨询公司高德纳(Gartner)指出,量子信息技术、区块链和人工智能将很有可能创造全新的商业模式[1]。近年来,美国、欧盟、日本、韩国等科技强国和科技发达地区高度重视量子信息技术的发展,从国家战略高度对量子信息技术进行规划布局并给予支持,各国掀起了量子信息技术研发的热潮,力图占领信息技术的制高点。

1 量子信息技术的国内外政策现状

欧盟委员会于2016年3月发布了《量子宣言》,宣布投资10亿欧元促进量子信息技术的发展[2]。2018年9月和12月,美国分别颁布《量子信息科学国家战略概述》及《国家量子计划法案》,投入经费约13亿美元。2021年1月,法国启动《量子信息技术国家战略》,计划5年内在量子领域投资18亿欧元[3]。日本在2017年2月发布《关于量子科学技术的最新推动方向》,2019年12月与美国签署《东京量子合作声明》。相关报道显示,2020年,日本有关量子信息技术的政府预算R&D经费达到300亿日元,比上一年度翻了一番[4]。2019年2月,韩国政府宣布启动投资额高达445亿韩元的《量子计算技术五年发展计划》[5]。

在我国,国家及地方层面亦陆续出台支持量子信息技术发展的政策。2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,将量子调控方法列为重大基础科学研究计划[6];2020年10月,习近平总书记在中央政治局第二十四次集体学习时强调加强量子科技发展战略谋划和系统布局[7]。广东省政府高度重视量子信息的发展,从顶层布局引领产业发展,印发了《广东省培育区块链与量子信息战略性新兴产业集群行动计划(2021-2025年)》。

2 全国量子信息技术专利分析

2.1 检索策略及范围

量子信息技术的主要研究领域包括量子计算、量子通信、量子传感与计量以及量子材料等,本文以我国国家知识产权局专利数据库为数据源,采用PatSnap及Excel为分析工具,通过相关文献调研,筛选出以下主题词:“量子信息”“量子通信”“量子计算”“量子传感”“量子材料”“量子精密测量”“量子测量”“量子信息技术”“量子比特”“量子算法”“量子搜索”“量子存储”“量子处理”“量子叠加”“量子纠缠”“量子芯片”“量子密码”“量子密钥”“量子编码”“量子态”“量子编码”“量子因数”“量子秘密共享”“量子安全”“量子加密”“量子签名”“量子认证”;结合国际专利分类号(IPC),把量子信息技术的IPC限制在B82Y、G02B、G02F、G06F、 G06K、 G06N、 G16C、 H01L、 H01S、H03K、H04B、H04L等IPC小类中。通过数据清洗,检索出量子信息相关专利3828件(统计截至2021年9月1日)。

2.2 总体发展趋势

如图1所示,近20年我国量子信息技术的专利发展态势总体呈上升趋势:前10年发展缓慢,后10年高速发展。2004年7月,《自然》杂志发表了中国科学技术大学潘建伟教授团队完成的重大研究成果——五粒子纠缠态以及终端开放的量子态隐形传输的实验实现[8],掀起了我国量子信息技术的研究小高潮,国内量子信息技术专利申请量在2005年达到一个小峰值。2009年,潘建伟教授团队在实用化量子通信方面取得了重大进展,在合肥建成世界上首个光量子电话网[9]。2016年8月,我国成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,使高速星地量子通信成为现实[10]。近10年来,随着我国量子信息技术的不断突破以及实用化进程的加速,我国量子信息技术领域专利申请量及公开量也在高速增长。

图1 我国量子信息技术专利发展态势

2.3 主要申请(专利权)人

如图2所示,我国量子信息技术专利申请量居第1位至第5位的分别是如般量子科技有限公司、科大国盾量子信息技术股份有限公司(以下简称“科大国盾”)、合肥本源量子计算科技有限责任公司(以下简称“本源量子”)、中国科学技术大学和北京邮电大学;排名第6位至第10位的申请人则分别是南京如般量子科技有限公司(以下简称“南京如般量子”)、华南师范大学、中国电子科技集团公司电子科学研究院(以下简称“中国电子科学研究院”)、安徽问天量子科技股份有限公司(以下简称“安徽问天”)和清华大学。在量子信息技术专利申请量前10位的原始申请(专利权)人中,中国科学技术大学及其关联公司(科大国盾、安徽问天)占据三席;从区域上看,安徽省占据4个席位,北京市占据3个席位。

图2 我国量子信息技术专利前10位原始申请(专利权)人

2.4 全国各省(区、市)排名

从图3可以看出,在我国量子信息技术专利申请量前10位的省(区、市)中,北京市雄霸榜首,安徽省排名第2位,江苏省居第3位。上述排名前3位的省市均有量子信息技术专利申请量排名前10位的龙头企业和机构带动,如北京市有北京邮电大学、中国电子科学研究院及清华大学,安徽省有中国科学技术大学、科大国盾、本源量子及安徽问天,江苏省有南京如般量子等,表明龙头企业和机构的带动和聚集效应明显。广东省的量子信息技术专利申请量排名全国第5位,与前3名,特别是与北京市、安徽省的申请量相差甚远。

图3 我国量子信息技术专利申请量前10位省(区、市)

3 广东省量子信息技术专利分析

3.1 总体发展趋势

广东省的量子信息技术专利发展趋势如图4所示。2002年,中兴通讯股份有限公司申请的“一种量子安全通信方法”拉开了广东省量子信息技术专利申请的序幕;2003年,华南师范大学申请了3件量子编码器的相关专利;除了2006年中山大学申请的“一种协同量子计算机体系结构方案”以外,广东省2004-2011年的量子信息技术专利申请量为0;在停滞了近8年后,2012年广东省量子信息技术专利申请量开始进入快速发展阶段,与全国的发展趋势基本吻合。

图4 广东省量子信息技术专利发展态势

3.2 主要申请(专利权)人

由表1可知,从原始申请(专利权)人排行看,华南师范大学以89件专利稳居广东省榜首,华为技术有限公司及广东国腾量子科技有限公司(以下简称“国腾量子”)分别居第2位和第3位。从当前申请(专利权)人来看,广东尤科泊得科技有限公司(以下简称“尤科泊得科技”)排第一,华为技术有限公司依然排在第2位,华南师范大学则居第3位。通过查证法律状态得知,华南师范大学原始申请的89件专利中,有44件通过变更专利权的方式转移给了尤科泊得科技,也有一部分转移给了国腾量子。

表1 广东省量子信息技术的申请(专利权)人排名

3.3 技术热点

从IPC小组分类看,广东省的量子信息技术专利申请主要集中在H04L9/08(基于量子的密钥分配或保密通信),申请量为181件,占总专利数的一半以上;H04B10/70(光子量子通信/量子通信传输系统)申请量为91件,超过总专利数的1/4;其次,G06N10/00(量子计算机)的专利申请量也较多,达57件(见表2)。

表2 广东省量子信息技术专利申请的IPC分类情况

通过对每个聚类包含的所有专利进行文本分析提取标签词,并利用IPC聚类生成广东省量子信息技术3D专利地图(见图5),其中的高峰代表了技术聚焦的领域,低谷则意味着技术盲点。由此可见,广东省量子信息技术聚焦点主要包括量子加密、量子存储、偏振态、量子解码器及量子通信的传输交换系统等领域。

图5 广东省量子信息技术3D专利地图

4 结论及建议

我国特别重视量子信息技术的发展,从中央到地方都发布了一系列的政策予以支持,特别是近10年,我国量子信息技术的研究热度持续升高,该领域的专利申请量也大幅攀升,在全球专利申请量排名中名列前茅,在某些实用化领域,如量子通信主干网、“墨子号”卫星等甚至处于领跑状态。

广东省的量子信息技术专利申请量居全国第5位,与排名前两位的北京市和安徽省有较大差距。华南师范大学作为广东省量子信息技术主要研发力量,其原始申请量排在全国第7位,且转让了近70%的量子信息技术专利,其中,44件转让给尤科泊得科技,16件转给国腾量子,从专利运营的角度来说,华南师范大学的成果转化效果良好。但除了华南师范大学外,广东省尚未形成其他龙头研发机构,总体研发力量单一、实力不强。为进一步促进广东省量子信息技术的发展,提升国内及国际竞争力,通过总结借鉴国内外先进地区的成功经验,提出以下几点发展建议:

(1)提高专利保护意识,合理布局专利组合。广东省在量子信息技术专利数量上与国内领先省市差距显著,需要通过长期稳定的政策引导,鼓励创新主体积极参与专利申请。广东省的研发热点主要包括量子加密、量子通信传输系统及量子计算机,在量子传感、量子材料等研发领域比较缺失,建议在专利布局上扬长补短,以发挥广东省在量子信息技术的整体竞争优势。

(2)优化科技计划专项设置。量子信息技术是广东省的重点扶持产业,建议在设置量子信息的科技计划专项时,要注重加强优势研究领域的核心技术攻关,并在相对薄弱环节适当增加相关基础研究专题,夯实基础。

(3)完善量子信息技术应用生态。在信息安全要求高的特殊需求场景,如军工、金融等领域优先开展示范应用,逐步、分阶段地进行量子信息技术的规划布局和推广应用,使量子信息技术应用多点开花、以用促研。加速量子信息技术转移与成果转让,推动广东省量子信息技术弯道超车。

(4)构建健康的产业体系。从前述分析可知,龙头企业和机构,特别是多龙头模式对产业技术的带动效果强劲,因此,广东省应加强培育量子信息技术龙头企业和机构,鼓励并支持量子信息技术初创企业发展,为其提供经费或项目支持、基础设施共享及孵化服务,形成产业园区聚集,激活创新动能。