基于专利分析的欧盟量子通信技术发展现状研究

莫 玲

（安徽省科学技术情报研究所，安徽 合肥 230011）

21世纪是信息革命的时代，信息是国家的重要战略资源，高效安全的信息传输日益受到政府和人民的重视，如何保证信息安全是未来通信技术发展的重点.随着现代信息网络的发展，信息在传输、存储和处理上对安全性要求越来越高，更高效、更安全的信息传输方式与手段应运而生.与目前成熟的通信技术相比，量子通信具有保密性强、大容量、远距离传输、通信速率快、信息效率高等特点.为推进社会全面信息化和维护国家深层战略安全利益的需要，欧盟大力支持量子通信发展，确保欧洲在该研究中处于技术领先地位.

1 基本情况

1.1 出台相关政策及规划

早在上世纪90年代，欧洲就意识到量子信息处理和通信技术的巨大潜力，充分认定其高风险性和长期应用前景，从第五框架开始，持续对泛欧洲乃至全球的量子通信研究给予重点支持.紧接着欧盟发布了《欧洲研究与发展框架规划》，提出《欧洲量子科学技术》和《欧洲量子信息处理与通信》两个计划，并于2008 年9 月发布关于量子密码的商业白皮书，启动量子通信技术标准化研究，成立“基于密码的安全通信”工程［1］.2010年，欧盟发布了《量子信息处理和通信：欧洲研究现状、愿景与目标战略报告》，提出了欧洲未来五年和十年量子信息的发展目标，将重点发展量子中继和卫星量子通信，实现千公里量级的量子密钥分配［2］.

1.2 构建量子通信网络

近年来，随着量子通信技术实用化的推进，欧盟进一步重视技术及其工程实现，并加快推进星载量子通信计划.2008年10月，来自12个欧盟国家的41个伙伴小组投入1 471万欧元，成立了“基于量子密码学的全球安全通信网络开发项目”（SECOQC），集成了多种量子密码手段，演示了一个基于商业网络的安全量子通信系统.该系统集成了多种量子密码手段，包含6个不同类型的量子密钥分发节点和8条点对点的量子密钥分配链路.同年，欧洲27个研究组拟定了“Space-QUEST”实验方案，计划在国际空间站欧洲哥伦布模块的外部平台上部署纠缠光源，向地面发送纠缠光子对，空间发射端的初步设计图包括一个纠缠光源、诱骗态光脉冲、两个发射望远镜和相应电子系统.2009年，西班牙集成现有的光通信网络，研究在已有网络中部署量子通信网的流量、限制和成本，建立了城域量子通信网络试验床，包括环形结构的骨干网和使用GPON（Gigabit Passive Optical Network）标准的接入网，其网络信道容忍的损耗为15 dB，受探测器时间影响，速率最高为 100 Kb/s［3］.

1.3 推进技术发展进程

近年来，量子通信已逐步从理论走向实验，并向实用化发展.通过文献检索发现，很多学者先后对欧盟量子通信技术发展历程进行了梳理［4-6］.如图1和图2所示.

图1 欧盟量子通信技术发展进程（1）

图2 欧盟量子通信技术发展进程（2）

研究结果表明，欧盟自1993年开始加强对量子通信技术领域的研究和开发，在理论和实践上均取得了重大突破，涉及的领域主要为量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等.通过文献梳理得出，1993-2014年，欧盟量子通信远程传输距离从10 km延长至143 km，逐步实现了量子漫步、双光子量子漫步、太空和地球之间的信息传输，为卫星之间以及卫星与地面站之间进行量子通信提供了可能性.

2 专利分析

2014 年12 月，借助于中国科学技术信息研究所平台，通过web of knowledge 信息检索平台Derwent Innovations Index数据库，运用检索式查询了欧盟1991-2014年的各类专利信息631条.通过将检索结果存入TDA、Excel等工具，对欧盟量子通信专利申请量、专利申请机构、关键技术等相关专利情况进行深入的分析.

2.1 专利申请量

1991-2014年，欧盟量子通信技术的专利申请总量为32件.欧盟从1991年开始量子通信相关专利的申请，1991-2000 年专利申请量变化较为平缓，2001-2006 年专利申请量上升较快，在2006 达到最高（6件），自2007年后开始下滑，中间略有波动，总体上呈现了先上升后下降的趋势，这与专利发布有18个月的滞后期有一定的关系.详见图3.

图3 专利申请量

通过文献查询的量子通信技术发展进程发现，欧盟早期比较注重量子远程传态领域，在2006年前在传输距离上实现了7项突破，可知该阶段的专利申请量大幅增长，因而在2006年专利申请量最多；2007-2011年，欧盟实现了5项技术突破，2011年专利申请量相对较多，由于欧盟在量子远程传态领域技术已经相对成熟，在量子密码通信和量子密集编码等领域起步稍晚，加上专利存在一定的时效性，为避开有效的其他相关专利，因而在此期间欧盟专利申请意愿相对不强，专利申请量下降趋势明显.可见，通过专利分析和文献检索两种途径，从定性和定量两个角度，更加全面清晰地反映出欧盟量子通信技术的发展进程.

2.2 专利申请机构

根据专利检索结果，1991-2014年，欧盟有21个机构（包括欧盟外机构）申请了量子通信相关专利（38件），居于前9位的公司申请专利总数（26件）占专利申请总数的68.4%.从图4清楚地看出，排名前3的机构分别为日立公司（7件）、三菱电机（4件）和英国电信公司（3件），以日立公司专利数量最多，这3家机构的专利申请量占专利总数的36.8%.可见在欧盟的日本企业和英国企业在量子通信领域的创新能力和技术竞争实力较强.

根据总被引次数，从图5分析得出，1991-2014年，在欧盟申请的量子通信专利中，居于前5位的英国电信公司（14次）、日立公司（9次）、INT公司（7次）、MAGIQ公司（7次）和NET公司（6次）是最受关注的专利权人，其研究成果对量子通信的研究和技术开发具有重要的参考和借鉴意义，其中英国电信公司最高达到14次；根据专利的平均被引次数，法国电信公司专利平均被引次数最高（3次），其专利质量也相对较高，其次是英国电信公司（2.8次）.

图5 主要机构专利被引情况

2.3 重点技术领域

从欧盟专利申请的国际专利分类号（IPC）统计结果来看，1991-2014年，欧盟主要研发方向包括光子源，光子探测，传输、授时、组件和调制器技术和探测器技术等.从技术研发布局可以看出（见表1），欧盟量子通信领域的技术研发方向主要集中在数字信息的传输（H04L，32件，28.1%）、半导体器件及电固体器件（H01L，18件，15.8%）、电数字数据处理（G06F，11件，9.6%）和电通信传输技术（H04B，10件，8.8%）等4项关键技术，其专利申请总数占总申请量（114件）六成以上.这也充分说明了欧盟较为重视数字信息的传输（H04L）、半导体器件（H01L）、电数字数据处理（G06F）、电通信传输技术（H04B）的发展，在这些技术领域纷纷申请专利保护，以获得在该领域的核心竞争力和技术优势.

表1 欧盟量子通信领域专利的IPC大类分布

从欧盟量子通信领域专利的IPC小类分析可知，目前在“使用移位寄存器或存储器用于块式码的密码装置，进行密钥分配”（H04L-009/08）、“用于保密通信领域的同步的或最初建立特殊方式的发送和接收密码设备”（H04L-009/12）和“自由空间传播中，利用微粒辐射束或无线电波以外的电磁波，例如光、红外线的传输系统”（H04B-010/00）3个技术领域的竞争最激烈，如图6和表2所示.可见在量子通信领域的技术发展中，欧盟研发重点和研究成果主要集中在量子密钥分配和量子密码通信上，与从文献查阅的欧盟量子通信的技术发展进程互相稳合.

图6 欧盟量子通信领域专利的IPC小类排名

表2 欧盟量子通信领域专利的IPC小类注释（前8位）

3 发展趋势

欧盟在量子通信和量子信息技术研究领域起步较早，目前处于技术研发中期阶段，掌握了相当一部分产业核心技术，研发基础实力储备充足，在技术创新方面拥有明显的竞争优势.欧盟各国近年来研究结果表明，量子通信在军事、国防、金融、工程和社会公共设施等［7］信息安全领域发挥着非常重要的应用前景，不仅涉及国家利益和国家安全，甚至影响到国家发展战略的布局.

经过二十多年的发展，随着量子通信技术的产业化和广域量子通信网络的实现，一方面，欧盟各国加强量子计算技术及其在信息安全中的应用研究，将量子通信技术从专网发展到公众网络，以量子通信开发推广为突破，以新技术研发和新产品营销为重点，构建产业链，壮大产业群，凭借新兴产业的支配地位，将其创新体系与规模优势延伸到物质科学、生命科学、能源科学领域，为当今信息化社会提供基础的安全服务，为未来信息社会通信提供可靠的安全保障；另一方面，欧盟量子通信产业化趋势日益明显，产业前景广阔，不仅会大幅推动量子通信产业的快速发展，使传统的信息产业发生彻底改变，而且会辐射带动新兴信息产业的高效发展，包括计算机产业、软件业、卫星通信业、数据库业、咨询服务业、音像视听业、信息系统建设业等［4］，彻底改变未来信息产业的发展格局.

［1］李泽霞，边文越，陆朝阳.量子通信将可能率先取得重大突破［J］.中国科学院院刊，2013，28（5）：601-604.

［2］于笑潇.量子通信：绝密的未来通信［N/OL］.科技日报，（2013-12-20）［2015-2-10］.http：//www.stdaily.com/qyts/1_qykj/201312/t20131220_609887.S.html.

［3］许华醒.量子通信网络发展概述［J］.中国电子科学研究院学报，2014，9（3）：259-269.

［4］冯骥，冯江源.欧美国家量子通信技术前沿争夺及其优势［J］.国际研究参考，2013（3）：2-5.

［5］徐兵杰，刘文林，毛钧庆，等.量子通信技术发展现状及面临的问题研究［J］.通信技术，2014（5）：466-468.

［6］古丽萍.世界各国竞相研发量子通信［J］.全球科技经济瞭望，2011（12）：15-17.

［7］唐川，张娟，房俊民.量子信息技术将成为下一代信息技术的先导和基础［J］.中国科学院院刊，2013，28（5）：553-556.