全球量子通信领域专利大数据竞争战略分析

彭小宝 张宇

摘要：为了充分把握全球量子通信产业的专利发展状况及其全球竞争格局，本文利用国际权威的Thomson DerwentInnovation Index（简称DII）专利数据库，以2013年和2017年为时间节点，对全球量子通信领域专利大数据进行了数据采集梳理与分析研判，从专利权人、量子通信技术领域、量子通信专利分布三个角度分析全球量子通信领域专利状况，又进一步分析全球量子通信领域竞争战略，最终提出我国发展量子通信，需要在量子通信专利运营、企业推进作用、量子通信具体发展计划等方面予以关注。

关键词：量子通信;专利;竞争战略

中图分类号：D913.4

文献标识码：A

文章编号：1003-9945（ 2018） 05-0062-06

一、引言

目前，量子通信的发展受到全球瞩目，其技术研发和产业化在国防、军事、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景，不仅可用于国防、军事等领域的国家级保密通信，还可用于涉及秘密数据和票据的电信、银行、证券、财政以及数据中心、企业云存储等领域和部门，未来市场容量极大，被定义为富矿级别的产业。国家对量子通信产业的发展非常重视，习近平总书记等中央领导人曾多次明确表示要对量子通信技术给予大力支持。目前，量子通信已写入《国民经济和社会发展第十三个五年规划》，首次进入国家战略;《“十三五”国家基础研究专项规划》将量子通信与量子计算机列入两大重大科技项目之一[1]。近年来，美、日、欧等国家和地区同样密集出台相关重大发展战略，着手规划布局量子通信产业，谷歌、IBM等超大实力企业纷纷抢占量子通信发展先机。可以看出，量子通信技术正在加速向产业化发展，其未来变革能力受到国际广泛关注。

本文利用国际权威的DII专利数据库，以2013年和2017年为时间节点进行了专利数据的采集梳理，并基于此分析了全球量子通信产业的专利发展状况及量子通信领域竞争战略，据此为我国量子通信技术和产业化的进一步发展提出了一定建议。

二、全球量子通信领域专利状况分析

为了充分了解和分析全球量子通信领域的专利发展状况，进一步说明全球际量子通信领域的专利分布与国际竞争力，本文利用Thomson Derwent Innova-tion Index（简称DII）专利数据库，同时兼顾发展动态趋势，分析选择了2013年和2017年两个时间点作为检索参照标准，分别对专利权人、量子通信技术领域、量子通信专利分布三个方面进行了分析。

（一）专利权人分析

本文对2013年和2017年全球量子通信领域中专利权人的专利授权数量进行分析，发现日本企业在量子通信领域的发展占有很大优势，我国相关企业虽在近年有所发展，但与日本企业相比还存在一定差距。具体来说，以2013年3月10日为时间参照点检索DII国际专利数据库，可以发现，全球量子通信行业共获专利授权1118条，其中以专利权人排名前10位的企业中，除了排名第十位的韩国三星公司外，另外九家都是日本企业，分别为日本电气公司（80条）、日本富士通公司（67条）、日本电话电报公司（54条）、日本松下电子公司（45条）、日本日立公司（39条）、日本三菱公司（33条）、日本东芝公司（31条）、日本科学技术研究院（29条）和日本索尼公司（25条）。可以看出，日本企业在量子通信领域的表现远远领先于其它国家（如图1所示）。

此外，在排名前25的企业中，没有一家中国企业，这充分说明了中国量子通信产业的发展滞后，特别是中国量子企业在PCT申请方面意识严重不足，考虑到相应专利的数量、质量发挥产业影响力的时间差，在未来10年，日本企业在量子通信产业化与全球商业布局方向可能是我国企业的强劲对手。

以2017年8月23日为时间参照点检索DII国际专利数据库，可以发现，全球量子通信行业中以专利权人排名前20位的企业中，我国已有6家企业专利申请数进入全球前20，与2013年相比，企业在该领域参与度已经有了很大提升（如图2所示），但日本等国外企业仍在本领域具有较大幅度的领先;而国内还主要是靠政府投入、高校和科研院所参与为主的模式，量子技术核心企业在规模和投入方面还有很大欠缺。

预计短期内我国在“十三五”规划等政策的推动下，量子通信技术实现小范围应用。长期来看，随着“一带一路”倡议等技术和产品的海外拓展，量子通信产业很快将逐步打开海外市场。

（二）量子通信技术领域分析

当前，量子通信技术的发展作为全球一大热点，受到各国密切关注，我们必须充分分析全球量子通信技术发展情况，把握其发展趋势，在此基础上发挥优势，弥补不足，增强我国在该领域的竞争力。从全球量子通信技术的专利的IPC分类号分类来看，现有研究主要集中在HOIS（半导体激光器）技术领域，共有334条专利，占1118条总专利数的29.87%;其次是H04L（数字信息的传输）技术领域，共有273条专利，占总专利数的24.45%;再次是H04B（传输）技术领域，共有250条专利，占总专利数的22.36%（如图3所示）。

从HOIS（半导体激光器）中所包括的大组来看，主要为：HOIS-003/18（151条，占总专利数的13.51%）、HOIS-005/00（86條，占总专利数的7.69%）、HOIS-005/343（74条，占总专利数的6.62%）、HOIL-029/06（49条，占总专利数的4.38%）和HOIS-003/19（ 23条，占总专利数的2.06%）等五个大组。

从H04L（数字信息的传输）中所包括的大组来看，主要为：H04L-009/08（109条，占总专利数的9.75%）、H04L-009/12（102条，占总专利数的9.12%）、H04L-009/00（36条，占总专利数的3.22%）和H04L-OOl/00（ 26条，占总专利数的2.33%）等四个大组。

从H04B（传输）中所包括的大组来看，主要为：H04B-Ol0/00（82条，占总专利数的7.33%）、H04B-007/04（36条，占总专利数的3.22%）、H04B-010/04（30条，占总专利数的2.68%）、H04B-010/06（27条，占总专利数的2.42%）、H04B-010/02（27条，占总专利数的2.42%）、H04B-010/30（24条，占总专利数的2.15%）和H04B-007/06（24条，占总专利数的2.15%）等六个大组（如图4所示）。

因此，我国需要持续关注全球量子通信领域的发展态势，顺应国际发展趋势，重视在半导体激光器、数字信息的传输等领域的研发应用，同时，兼顾保密通信、控制光的参数等领域，全面发展量子通信技术，增强我国在该领域的国际竞争力。

（三）量子通信专利分布

目前，美国、日本、英国等实力较强的国家和地区纷纷在量子通信领域抢滩布局，为了保持我国在该领域的全球领先地位，增强国际竞争力，我们必须对各国在该领域的发展态势进行分析，全面了解其竞争地位和侧重领域。截止2017年8月23日，从全球量子通信领域专利数据分布中可以看出，在全球量子通信领域的竞争中，美国、中国、日本在全球量子通信领域的实力相当强，专利拥有量最多，分别为692件、643件、637件，占全球专利总量较大的比重，同时，彼此之间数量差距不大，而排名第四位的世界知识产区组织专利拥有量仅为284件，与前三名美国、中国、日本还存在较大差距（如图5、6所示）。可以看出，美国、中国、日本这三个国家在量子通信领域的发展占有较大优势，处于世界领先水平，其未来的竞争与合作将对全球量子通信产业的格局产生重大影响。

从全球竞争来看，美国的战略重点不在于量子保密通信，而是在量子计算领域，配合其他科技政策文本和媒体公开资料，隐约能感受到美国国家战略应聚焦在量子计算与量子计算机新一代战略布局，特别是美国一些超大实力企业的介入，值得我国政府决策部门予以高度关注，也呼吁更多企业家、科学家予以关注。

（四）分析结论

1.日本在量子通信领域的专利发展势头强劲

目前，美国、日本、欧洲等国家或地区在量子通信领域发展态势较强，尤其是日本企业在量子通信领域已悄然“包装”并“抢注”了一大批重要的国际专利，其量子通信专利申请量和授权量远远领先。我国虽然在量子通信领域的研发能力处于国际领先水平，但企业专利拥有量却与日本有较大差距，这对我国量子技术的发展产生了一定阻碍。因此，我国需及早关注并警惕日本的“抢注”势头。

2.国内外量子通信专利布局各有侧重

美国以量子计算为发展重点，且企业和国家实验室发挥重要作用;日本充分发挥企业的主导作用，在知识产权立国战略引导下，企业十分注重全球专利布局，均衡发展量子通信和量子计算;我国则依靠政府资金的强有力支持，充分发挥高校、科研院所和企业的协同发展，量子技术核心企业与国外超大实力企业相比还有所欠缺，专利主要集中在量子通信领域。

二、全球量子通信领域竞争战略分析

从上述全球量子通信领域专利分布可以看出，目前，美国、日本等国家和地区在量子通信领域具有很强实力，近年来，这些国家和地区纷纷抢滩布局，将量子通信的发展提升到了国家重要战略地位，并在政府引导下开展与科研院所、企业等的协同攻关，取得了大量具有国际竞争力的研发与应用成果。

（一）美国

美国是最早将量子信息技术列入国家战略、国防和安全研发计划的国家[2]，对量子通信的理论和实验研究也开始较早，近几年来，更是加速了对该领域的布局，同时，也比较注重量子计算的发展。2013年，美国独立研究机构Battelle公布了环美量子通信骨干网络项目;2015年，美国航空航天局（NASA）计划在其总部与喷气推进实施室间建立一个远距离光纤量子通信干线[3]。2016年，美国国家科学基金会（NSF）将“下一代量子革命”确立为未来六大科研前沿之一，并随即斥资1200万美元资助量子保密通信技术研究[4]。美国的量子通信发展注重技术研发和应用，其中量子密码通信技术水平已处在世界前列，用于军事、国防等领域的国家级保密通信，还可用于涉及秘密数据、票据的政府、电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政等领域和部门。此外，美国将量子计算领域作为其战略重点，尤其近年来谷歌、IBM、微软等一些超大实力企业强势介入，使美国更是不断加速取得了大量世界领先水平的成果。如2016年，IBM为静态实验服务增加了17量子位原型量子处理器[5];谷歌联合西班牙巴斯克大学公布了具有9超导量子比特的模拟量子计算机，并在之后提出“量子霸权”计划[6]。可见，美国这些超大实力的企业在量子信息领域发挥着举足轻重的作用，而我国量子技术核心企业的发展还有所欠缺，我国政府决策部门、科学家、企业家都应对此予以高度关注。

（二）日本

日本政府和科技界长久以来都很重视量子科技领域的研发，目前已经形成“产官学”相结合的方式推进量子通信的研究应用[7]，其量子通信领域的专利拥有量近年来一直处于世界领先水平，在国际上占有重要地位，近年来，日本重点引导该领域前沿技术研发。2001年开始，日本先后制定了以新一代量子信息通信技术为对象的长期研究战略和量子信息通信技术发展路线图，专门制订了跨度10年的中长期定向研究目标，提出到2020年使保密通信网络和量子通信网络技术达到实用化水平，最终建成全国性高速量子通信网[8]。同时，自2001年开始，日本邮政省计划10年内投资约400亿日元，采取产学官联合攻关的方式推进量子通信技術研发[9]。目前，日本每年投入2亿美元，规划在5至10年内建成全国性的高速量子通信网[10]。此外，日本着重发展“量子束技术”与“光科学技术”领域，早在2011年就成立了“光量子束研发作业委员会”，目前拥有成熟的半导体电子技术、光纤技术等激光技术，拥有光科学中心、电气通信大学的激光新一代研究中心、物理化学研究所等众多光科学尖端研究基地[11]。与美国相同，日本在量子信息领域的企业参与度极高，特别是富士通公司、东芝公司等企业，已经在量子通信领域奠定了全球霸主企业地位。而我国目前还主要是靠政府投入、高校和科研院所为主的模式，量子技术核心企业在规模和投入方面还存在不足。

（三）中国

从全球量子通信领域专利数据分布来看，我国在该领域的专利拥有量仅次于美国，可以说目前不论是在量子通信的科研领域还是应用领域，我国量子通信技术和产业化都处于世界领先水平，特别是量子保密通信等议题是国际关注的重点。早在2006年，我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要（ 2006-2020）》就将“量子调控研究”列入科技部四项“重大科学研究计划”之一;2016年，我国实施“量子调控与量子信息”重点专项，对我国有优势和引领作用的量子通信研究方向加大支持力度;2017年，科技部等四部门联合印发《“十三五”国家基础研究专项规划》（下称《规划》）明确将量子通信与量子计算机列为重大科技项目。国家各项政策支持在很大程度上推进了我国量子通信领域不断取得突破性的国际重大成果。2016年，全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射，并在运行过程中完成三大科学目标，使量子通信向实用化迈出了关键一步[l2]。2017年，全长2000多公里的量子通信京沪干线全线贯通，成为全球首个也是距离最远的广域光纤量子保密通信骨干线路[13];全球第一条量子通信商用干线沪杭干线拉开了量子通信产业市场化运营的序幕[14];上海交通大学金贤敏团队进行了海水量子通信实验，在全球首次验证了水下量子通信的可行性[15]。由此可以看出，在各项政策措施的大力支持下，我国量子技术的实用化和产业化方面取得各项重大进展，走在世界前列，尤其是安徽、北京、上海、浙江等地区，对我国量子通信的发展做出了较大的贡献。

（四）分析结论

1.美、日、中等国都在战略层面非常注重量子通信技术发展

从上述分析可以看出，美、日、中等国的政府都较早关注量子通信的发展，近年来更是加快步伐，不断出台一系列政策措施，将量子通信的发展提升到了国家战略地位，在各项政策支持下，各国不断取得大量国际领先成果，竞争较为激烈。在这样的情况下，我国需考虑政策落实效率问题，获取更强的竞争优势。

2.美国较为注重量子通信和量子计算的全面发展

在分析过程中，我们发现，除了量子通信领域，美国不仅从专利布局上对量子计算的发展有所侧重，在竞争战略上也对该领域极为重视，且美国很多超大实力企业已经在该领域取得重大成果，而我国的很多重大成果目前集中于量子通信领域。在今后的研究中，我们需进一步关注并分析全球量子计算领域发展态势。

四、对我国的启示

1.及早关注量子通信专利运营抢注国际专利

目前，我国量子通信领域专利持有量与美、日等国仍有一定差距，需警惕这些国家的“抢注”势头，及早关注量子通信领域专利运营，有系统地抢注国际专利。对此，我国应成立知识产权运营中心，聘用职业化的专利运营管理团队，与专业机构合作建设知识产权公共服务平台，提供量子通信领域的专利技术查新检索、专利数据分析等情报分析服务;知识产权举报投诉和维权援助服务;知识产权法律咨询与司法鉴定服务等。如为相关企业知识产权开展评议，帮助问天量子、科大国盾等企业的专利运用提供专业化的咨询、分析、成果保护、专利调查、专利战略制定等服务，制定相關企业专利运用规划，有系统地抢注国际专利，为推动企业技术创新增值、核心竞争能力和市场竞争力的增强提供专业化的保障，确保专利导航产业发展工程顺利实施。

2.将企业作为量子通信领域发展的重要推进主体

美、日等国极为重视企业在量子通信发展中的作用，尤其日本很多企业在该领域“抢注”了大量专利，取得许多国际领先成果。对此，我国应借鉴国外经验，将企业作为量子通信产业发展的重要推进主体，推动量子通信技术走向规模化应用和市场化发展。一方面，政府应积极采取措施，整合技术研发、产品研制、应用推广、网络建设、运营服务、资金融通等环节具有明显优势的企业，鼓励、促进各种企业力量逐步形成量子信息产业联盟，从而强化创新链、产业链与资本链的有效联动，形成产业发展合力。另一方面，科大国盾、问天量子、神州量子等企业积累了丰富了核心设备生产能力，且企业专利申请数已经位列全球前20，我国应通过各项政策扶持，尽快培育这些较强实力企业成长为具有国际竞争力的独角兽企业，进一步增强我国在该领域的国际影响力。

3.出台量子通信具体发展计划，提高政策落地效率

近年来，包括我国在内的很多实力较强的国家政府已经将量子通信的发展提升到了本国重要战略地位，为了获取更强的国际竞争优势，我国必须出台关于量子通信的具体发展计划，制定发展的主要步骤和时间表，专注预定目标，按时完成发展计划，提高政策落地效率。具体来说，应将量子通信技术作为我国必须优先发展的战略目标，制定战略规划作为总体规划来指引、协调我国量子通信的发展，在此基础上，还应出台关于量子通信的具体发展计划，与在该领域实力较强的高校、企业、研究院所和科技智库等共同制定量子通信短期和长期发展目标，给出我国量子通信发展的主要步骤和时间表，并要求参与的研究人员、企业等专注于预定目标，一步步往前推进，进一步加强量子通信重点方向的科研布局，聚焦重点任务，有效配置资源，开展集成攻关，以实现重大突破。

五、结语

当前，量子通信技术的发展作为全球一大热点，受到许多科技强国的极大关注，各国都在积极整合各方面研究力量和资源，加速进行战略部署，对我国在该领域的领先优势发起了强烈冲击。在这样的情况下，我国必须在该领域巩固优势、发挥优势，以恰当的策略不断增强国际竞争力，逐步占领世界量子通信发展制高点。本文对全球量子通信领域专利大数据以及主要国家竞争战略进行了分析总结，发现我国在该领域中专利“抢注”、企业推动等方面的力度还与美、日等国有一定差距，需要制定恰当政策措施予以应对。此外，我们在分析过程中还发现，美国在量子计算领域发展势头强劲，在今后的研究学习中，我们需对该领域加以关注，全面分析该领域的发展态势。

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