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量子计算的专利发展趋势：不同物理实现方法的专利活动调查

2023年又是量子计算技术迅速发展的一年。这一年，可扩展量子计算和量子纠错等关键领域取得了重大进展。目前正在开发中的用于创建量子比特（qubits）的多种物理实现方法或模式在量子比特数、错误率、退相干时间和量子比特门速度等性能指标方面提供了不同的权衡点。专利活动是衡量技术领域创新速度和资源分配的有效指标。2024年伊始，本文将从量子计算行业专利格局的角度探讨量子计算行业的最新发展重点和趋势，并探索在这一快速发展的领域申请专利的战略考虑因素。

专利态势

截至2023年，新的量子计算专利申请的公布率继续保持了上升趋势。

中国国家知识产权局（CNIPA）在已公布的量子计算专利申请数量上遥遥领先，美国专利商标局（USPTO）、欧洲专利局（EPO）和日本专利局（JPO）依次排在其后。韩国、加拿大、澳大利亚、印度等国家（地区）的专利局也接收了大量量子计算专利申请。虽然企业可以选择在全球范围内申请专利，但有一种趋势是优先考虑在本国申请专利，然后在主要的外国市场申请进行战略性的专利申请。这种专利申请的分布格局反映了中国、美国、欧洲和日本在量子计算研究和投资方面的领先地位，同时也显示出这些国家（地区）巨大的市场规模和成熟的专利制度。

下图主要显示出了针对主要量子计算机模式的专利申请的分布情况（如果专利申请的摘要或权利要求包含与该模式相关的关键词，则该专利申请被归类为针对特定模式）。针对超导量子计算的专利申请数量几乎与其他模式的总和相当。这表明了超导量子计算是商业上最成熟的方法，并反映出领导这一领域的资源丰富的大企业的影响力。在超导量子计算之后，专利申请数量最多的是基于光子、量子点、陷获离子和拓扑方法的技术。关于中性原子、核磁共振和氮空位量子计算的专利申请相对较少，这表明了这些技术主要还在学术机构和进行初期阶段研发的企业的开发中。

根据下图，可以看出不同物理实现方法的量子计算专利申请活动趋势。虽然超导量子计算的已公布专利申请数量总体上呈现出了健康增长趋势，但2023年很明显出现了轻微的放缓。

光子和陷获离子量子计算的专利申请公布率一直在迅速增长。拓扑量子计算2023年的专利公布量略有下降。不过，值得注意的是，量子点技术的专利申请公布率在2019年达到了顶峰，随后呈现出下降趋势，这可能表明人们对该领域的兴趣正在减弱。

尽管中性原子、核磁共振和氮空位量子计算的专利申请数量不多，但近年来也出现了快速增长的趋势。值得注意的是，中性原子量子计算的增长模式与光子和陷获离子量子计算的增长模式非常相似，但二者的增长存在3年的时间差。这一趋势表明，中性原子量子计算有可能成为一种主流方法。

下图对各主要专利管辖区公布的每种主流量子计算模式的专利申请数量进行了描述。值得注意的是，中国的量子计算专利申请总量是最高的，而美国在每种主要物理实现方法的专利申请方面都处于领先地位。这可能表明的是，美国在量子硬件的研发活动方面较为突出，而中国更专注于量子软件和量子计算机的应用。

来自不同国家（地区）的企业对不同的量子计算模式表现出了不同的重视程度。例如，根据已公布专利申请的数量可以看出，美国在光子和量子点技术方面占主导地位，而中国则在超导、陷获离子和拓扑量子计算方面具有明显的竞争力。欧洲已公布专利申请在各种模式中的分布更加平衡，而日本的已公布专利申请则特别集中在超导和光子技术上。

除上述方面外，本文还研究了量子计算的物理实现在专利申请中被引用的程度。研究发现，在提及至少一种物理实现模式的专利申请中，有24%在其独立权利要求中包含了与至少一种模式相关的关键词，这可能将专利的范围限制在特定的模式上。同时，还可以发现在54%的上述专利申请的从属权利要求中包括了一种物理实现模式，但独立权利要求中并未包括，这表明相关技术可能适用于各种量子计算类型，而不会将专利局限于单一模式。最后，22%的上述申请的说明书中讨论了物理实现，但在权利要求中省略了它们，这表明这些专利侧重于量子计算机物理实现以外的领域，并主要将其作为背景信息或允许公开提及。

探讨

量子计算领域的专利申请率正在攀升，这反映了该行业的快速增长。随着制造商开始推出在商业上可行的、性能优于传统同类计算机并产生可观收入量子计算机，它们将开始成为专利主张的目标，这也将使知识产权领域的竞争变得越来越重要。

与量子计算机物理实现相关的专利具有潜在的影响力，因为它们涵盖了整个产业链中使用的基础技术，这些技术通常易于检测且难以规避设计（design around）。然而，专门针对量子计算机物理实现模式的专利只占所有量子计算专利的一小部分（不到10%）。与更成熟的行业相比，大多数与物理实现模式相关的专利的申请量仍然不大。这一相对开放的领域为企业获得广泛而有影响力的专利提供了独有的机会。

即使对于那些不以量子计算机的特定物理实现为中心的发明，详细地说明硬件功能也可能是有利的。这样的披露不仅满足了对授权书面说明的要求，而且还为有效区分缺少相应披露信息的现有技术提供了一种选择。在这种情况下，关于如何针对特定的物理实现调整或优化更高层次的技术或应用的披露就变得特别有价值，并在突出专利的新颖性和为潜在的主张进行专利定位方面提供了战略优势。

专利数据揭示了量子计算模式之间不同的成熟度水平。超导技术比光子和陷获离子技术等其他关键方法领先了2到3年。与此同时，中性原子量子计算等新兴领域的专利活动也在不断增加。在一个充满不确定性的领域，未来可能会倾向于单一模式或促进多种模式的共存或整合，这种多样化的专利格局将成为战略专利规划的关键因素。虽然以主流的模式获得强有力的专利保护对于成功至关重要，但投资于受保护程度较低的领域可能会产生超乎寻常的高回报。

最后，专利数据还凸显出了量子计算领域中的激烈的全球竞争。尽管美国在所有重要物理实现模式方面的专利申请中都拥有领先优势，但所占份额往往都低于中国和欧洲的总和。鉴于量子计算会被认为与国家安全相关，企业在进入某些市场时可能会遇到监管障碍。作为回应，他们可能会考虑将专利许可作为无法进入的市场的替代收入来源。在这种情况下，如果目标被许可人能够在竞争对手的国内市场提出反主张，他们将获得相当大的影响力。因此，对于企业来说，不仅是在其运营的市场，而且在其主要竞争对手的国家（地区）寻求专利保护，在战略上可能都是有利的。（编译自ipwatchdog.com）

翻译：王丹　校对：刘鹏