摘要：分析了中國量子通信領域專利的申請量、申請趨勢、申請人情況以及省市分布和細分技術領域分布，展示了中國量子通信領域專利分布的全貌。通過對專利權利要求數量的對比，給出了目前專利保護范圍及專利質量的情況，提出了量子通信技術研發及專利布局的建議，并從專利角度分析量子通信產業化前景。

【資料圖】

關鍵詞：量子通信；量子密鑰分發；專利布局

0 引言

量子通信利用量子疊加態及糾纏效應，在經典通信輔助下，可以實現量子態信息傳輸或密鑰分發，主要包括量子隱形傳態、量子密鑰分發、量子安全直接通信、量子秘密共享和量子密集編碼等[1]。量子通信安全性由量子原理來保證，在理論協議層面具有無法被竊聽的信息論安全性保證。以量子密鑰分發為代表的量子保密通信成為目前應用最成熟的技術之一，其最顯著的優勢是具備感知竊聽的能力，即非法第三方對載體信息的量子態的竊聽行為將不可避免留下痕跡，從而被合法通信方發現[2]。自1984年BB84協議誕生以來，許多量子保密通信理論方案相繼被提出且得到驗證，并向實用化發展，特別是量子保密通信網絡化建設領域取得了極大的成就，實現了長距離的穩定傳輸、多用戶協商通信、機載量子糾纏密鑰分發、天地一體化通信和洲際通信等。隨著量子通信產業化推進，知識產權保護成為量子通信企業和相關高校比較關注的主題，特別是近年來國家出臺了一系列鼓勵量子通信產業化應用的政策，量子通信企業逐漸成為量子通信專利申請和持有的主體，高校知識產權成果轉化也變得活躍。本文主要對中國國內量子通信的知識產權現狀進行分析，并對知識產權布局提供了建議。

1 中國量子通信專利申請及公開狀態

1.1 專利檢索策略及范圍

本文以中國國家知識產權局專利數據庫為數據源，通過Incopat專利檢索網站進行檢索，結合相關文獻調研，獲取中國量子通信相關的專利數據。

本文的專利數據檢索式內容：TIAB=（量子通信 OR QKD OR 量子網絡 OR 量子保密 OR 量子密碼 OR 量子密鑰 OR 量子編碼 OR 量子安全 OR 量子加密 OR 量子衛星 OR 量子隨機數 OR 量子交換機 OR（單光子探測器 AND 量子）OR （量子態 AND 密碼）OR 量子中繼 OR（量子 AND 路由器）OR（量子算法 AND 通信））AND（PNC=(“CN”)）。通過數據清洗，檢索出量子信息相關專利3 652 件（統計截至2022年6月10日）。

1.2 量子通信專利申請公開趨勢

圖1是中國量子通信領域每年專利申請數量及累計申請數量情況。

圖1 中國量子通信專利申請數量年度分布

如圖1所示，近20年我國量子信息技術的專利發展態勢總體呈上升趨勢。根據量子通信專利的發展趨勢，可以看出我國量子通信專利布局的大致可以分為3個階段。

第一階段：量子通信的起步階段。2003—2008年，專利公開量在十幾件左右，中國還未有主導量子通信產業的相關企業成立，量子通信主要停留在理論和實驗階段，主要為高校對于量子通信進行理論研究和技術研發，因此專利申請人主要集中為高校，該時期，量子通信相關專利申請沒有呈系統布局。

第二階段：量子通信的產業化探索階段。2009—2015年，中國國內陸續有不少量子通信市場化企業誕生，如2009年成立的科大國盾和問天量子，2012年成立的九州量子，2014年成立的中創為量子等，加快了量子通信的產業化發展。這一階段量子專利的公開數量從2009的23 件增長到2015年的149 件，專利公開數量呈線性增長。這一階段，量子通信的研發已經從理論階段進入到產業化階段，企業的專利申請數量超過高校的申請數量，政府也開始出臺各種鼓勵量子通信發展的政策，量子通信技術得到穩步發展，量子通信專利申請開始從核心元器件、量子通信設備、通信網絡以及量子通信應用多方面進行布局。

第三階段：量子通信的產業化擴張階段。自2016年至今，我國越來越重視量子通信產業發展，國內量子通信不斷成立，例如2016年成立的亨通問天量子，2017年成立的國騰量子、循態量子和如般量子，2019年成立的國開啟科量子，量子通信產業化主體增加至超過10 家，產業化進程得到快速發展。2016年到2018年期間，量子通信相關專利的公開數量快速增長，到2018年申請591 件，達到高位增長階段。從2018年至今，每年專利公開量穩定在500~600 件，量子通信專利從量子通信核心器件與設備的生產到量子通信傳輸網絡的建設以及量子通信網絡運營與應用進行了全產業鏈布局。

1.3 量子通信專利中國申請人分布情況

圖2為中國國內量子通信專利原始申請人的排名情況。

圖2 中國量子通信專利原始申請人的排名分布

由圖2可知，排名前20的原始申請人中企業主體有15個，高校主體5個，企業主體和高校主體專利數量總和分別為1 289 件和469 件，企業主體專利申請人已成為專利申請的主要力量，意味著量子通信產業化正式進入以企業為主要推動力量的階段。作為前沿技術領域，我國的量子通信技術策源地為高校，隨著產業化探索，以高校團隊為核心技術隊伍的量子通信企業不斷涌現，高校知識產權成果轉化和校企合作進入一定熱度階段。例如，中國科學技術大學團隊孵化的科大國盾和問天量子，華師師范大學團隊孵化的國騰量子，上海交通大學團隊孵化的循態量子。總的來說，我國量子通信發展經歷了從高校研發到校企合作再到企業為主導的一個發展進程。

1.4 中國量子通信專利轉讓情況分析

圖3展示了按照發生過轉讓的專利數量統計的專利權人排名情況。

圖3 中國量子通信專利轉讓人分布

專利轉讓是專利成果轉化及專利運營的方式之一[3]。由圖3可知，中國量子通信領域專利轉化第一單位是華南師范大學，專利轉讓數量為76 件，其次為國騰量子14 件、浙江工商大學12 件、中國電力科學院11 件，專利轉讓數量均超過10 件，國家電網公司、SK電信有限公司、華東師范大學、上海朗研光電和青島鯤騰量子的專利轉讓數量在6~8 件。整體來說，高校的轉讓主體為3 個，高校轉讓專利總量為95，企業的轉讓主體6 個，企業轉讓專利總量為52，可見，當前量子通信專利技術的轉化以高校為主。企業的轉讓主體比高校主體多，但是每個企業的專利轉讓數量相對高校來說較少，這或許是由于企業自身將知識產權作為企業的無形資產和技術保護的武器，只有在少數特別需要進行技術的轉讓來達到商業目的的活動中企業才會轉讓自身的專利，因此，企業總體的專利轉讓數量低于高校專利轉讓數量。

1.5 量子通信專利全國各省市分布情況

圖4是量子通信專利在全國各個省市的排名情況。

圖4 中國量子通信專利各省市申請量分布

從圖4可以看出，我國量子通信技術專利申請量地區分布中，排名第一的北京擁有691 件，這主要得益于北京擁有的專利申請人包括北京郵電大學、中國電子科技集團、清華大學和北京中創為量子等；安徽排名第二，主要由于安徽擁有中國科學技術大學、科大國盾、問天量子等；江蘇排名第三，則是因為江蘇擁有如般量子、亨通問天量子、南京大學、南京中創為量子等。浙江九州量子和浙江神州量子都位于浙江省，因此浙江排名第四。作為我國經濟大省的廣東則排名第五，專利申請量不到北京的一半，專利申請數量為331 件，這還得益于擁有了單體申請數量排名全國第二的華南師范大學，說明廣東量子通信專利申請主體數量較少，廣東量子通信技術研發和產業化相較北京、安徽和江蘇等省市存在一定差距。

2 中國量子通信專利技術和價值度分析

2.1 量子通信專利的IPC分類分布情況

圖5展示了中國量子通信專利在國際IPC分類的分布情況。

圖5 中國量子通信專利的IPC號構成分布

表1 IPC分類號與技術方向

國際專利分類是國際上通用的專利文獻分類法，通過IPC號，可以便捷地檢索出某技術領域的專利信 息。對量子通信領域的專利申請的IPC號進行統計，有助于明確專利申請集中的領域和技術發展趨勢[4]。由圖5可知，量子通信在國際IPC分類的分布排名前10的IPC分類是H04L、H04B、G06F、G06N、H04J、G02B、G01J、H04W、G02F和G06Q，分別為2 688 件、1 295 件、294 件、151 件、146 件、121 件、89 件、79 件和53 件。其中，各個IPC分類號對應的技術方向分別如下。

從專利的公開數量可知，量子通信的專利主要集中在H04L通信和H04B傳輸兩個方向。量子通信是基于量子光通信的信息交換，是光通信利用量子特性在密碼領域的應用，因此，量子通信的主要專利布局才集中在通信和傳輸兩個方向。

其中，H04L進行小組細分可以分為：H04L9/08（密鑰分配）、H04L29/06（以協議為特征的）、H04L9/32（包括用于檢驗系統用戶的身份或憑據的裝置）、H04L9/00（保密或安全通信裝置）、H04L29/08（傳輸控制規程）、H04L9/06（使用移位寄存器或存儲器用于塊式碼的密碼裝置）、H04L1/00（檢測或防止收到信息中的差錯的裝置）和H04L7/00（使接收機與發射機同步的裝置；H04B進行小組細分可以分為：H04B10/70（光子量子通信）、H04B10/556（數字調制）、H04B10/548（相位或頻率調制）、H04B10/85（未經授權訪問的保護）、H04B10/54（強度調制）、H04B10/524（脈沖調制）、H04B10/61（相干接收器）、H04B10/50（發射機）、H04B10/516（編碼或調制元件）、H04B10/532（極化調制）、H04B10/079（使用數據信號的測量值）、H04B10/25（針對光纖傳輸的裝置）和H04B10/69（接收機中的電子裝置等。尤其是H04L9/08（密鑰分配）、H04L29/06（以協議為特征的）、H04L9/00（保密或安全通信裝置）、H04B10/70（光子量子通信）、H04B10/54（強度調制）、H04B10/524（脈沖調制）、H04B10/61（相干接收器）、H04B10/50（發射機）、H04B10/516（編碼或調制元件）領域的專利數量較多，這正是由于量子通信技術的物理原理、通信協議、編碼方式、通信器件等原理在上述領域的具體體現。

2.2 量子通信專利技術方向分布情況

圖6是中國量子通信專利具體技術方向分布情況。

圖6 中國量子通信專利技術方向分布情況

由圖6可知，量子通信專利涵蓋了專利關鍵器件、設備、網絡、系統協議以及應用全產業鏈，量子通信主要解決的是通信加密的問題，因此量子密鑰分發的專利數量最多，包括量子密鑰分發的設備及系統，專利數量達1 062 件。其次是量子編碼器、單光子探測器，專利數量均在300 件以上。量子硬件電路（包括控制電路，修正電路、溫控電路等）以及隨機數發生器屬于量子通信的核心元器件，這部分的專利數量都在200 件左右。量子網絡方法應用專利有138 件，主要包括量子通信網絡系統、量子通信的應用以及量子通信與相關領域的結合，這部分的專利數量不多，但是未來量子通信的應用以及與其他領域的結合是量子通信產業化的必經趨勢，因此這一技術方向專利具有較大的增長空間。多波長激光器和光量子交換機是量子通信的核心部件與設備，但是激光器和交換機在其他領域技術已經非常成熟，這一部分的專利數量相對較少。

2.3 量子通信專利技術功效價值度分析

圖7展示的是量子通信專利技術功效的情況。

圖7 中國量子通信專利技術功效分布

技術功效矩陣是專利分析中常常采用的一種分析手段，本文通過對量子通信專利數據源標引技術類型和功效，然后進行統計展示出來。如圖7所示，量子通信專利的解決技術問題達到的功效主要集中在提高通信的安全性，降低系統的復雜度以及提高效率方面。隨著產業化需求增加，量子通信成本和設備穩定性成為量子通信廠商必須思考的話題，因此近些年的量子通信專利的功效還體現在降低成本、提高穩定性、便利性、可靠性、速度、精度、可控性等方面。

3 中國量子通信專利保護范圍及專利質量分析

圖8展示了不同權利要求條數的專利數量分布情況。

圖8 中國量子通信專利的權利要求條數分布

專利權利要求的數量從宏觀上體現專利所保護的范圍，具體表現為權利要求數量越多，往往意味著保護范圍越多，一定意義上專利的質量更高。由圖8可知，量子通信專利中55.6%的權利要求條數集中在6~10 條，表明超過一半的專利保護范圍適中，專利質量高；有8.93%的專利其權利要求條數為11~15之間，說明這部分的量子通信專利保護范圍是較大的，專利質量較高；而權利要求條數在16~20、21~30、31~40以及41以上的專利數量占比分別為4.18%、1.87%、0.95%、0.85%，說明這部分的專利保護范圍比較大，那么專利價值相對更高。另外，有4.85%和3.95%的專利其權利要求條數分別為1條和2條，則說明這兩部分的專利保護范圍是比較少的，反映專利質量可能不高；有18.7%的專利其權利要求條數在3~5 條之間，這部分專利保護范圍較少，專利質量則可能較低。總體來說，量子通信屬于高技術含量的前沿領域，大部分專利為高質量高價值專利。

由表2可知，專利權利要求條數小于5的主要申請人類別為高校，且高校的申請總量遠遠大于企業申請總量。專利權利要求書條數為6~10的申請人中企業和高校主體數量及專利申請量相當，排名前8的申請人當中，4個企業主體專利申請總量為400 件，4個高校主體專利申請總量為372 件。專利權利要求條數在11~15的申請人中以企業主體為主，前8的申請人除中國電子之外均為量子通信企業。專利權利要求條數在16 條以上的申請人中，幾乎全部為企業，充分說明企業更加注重專利的保護價值。

表2 不同權利要求條數對應的專利申請人分布情況

4 中國量子通信技術研發及專利布局建議

“十四五”開局階段，支持發展量子科技已經納入全國20多個省和直轄市“十四五”規劃，全國已經進入大力支持發展量子科技的黃金政策期。隨著政策引導，越來越來多的量子通信關聯主體將出現，量子通信產業化將步入快速發展軌道。鑒于此，本文對于未來一段時間我國量子通信技術發展以及知識產權保護提出以下幾點建議。

（1）對研發全過程進行專利布局。近年來量子通信的專利申請數量保持在每年500~600 件左右，隨著政策的扶持、各種資金的投入以及更多量子通信企業的成立，可以預測未來的量子通信專利申請及公開數量會持續快速增長。因此，為了建立未來知識產權競爭優勢，量子通信主體在關注研發活動的同時，應在從項目的立項、研發、測試，再到產品的生產及市場的推廣全過程中進行專利布局，將各個階段涉及的自主研發技術及時申請專利。

（2）加大校企合作力度。目前專利的申請人還是集中在高校以及成立時間較早的量子通信企業中，專利交易活動不夠活躍，仍有很多專利權掌握在高校中，因此加強校企合作力度,逐漸推進高校專利市場化、價值化，對發揮專利價值和促進產業發展具有較大促進作用。對于成立時間較短、研發實力尚弱的量子通信企業，更加應該加強校企合作，提升研發實力，結合專利及經營戰略盡快搶占市場。

（3）尋找專利布局突破點。量子通信的專利主要集中在通信與傳輸領域，當前這兩大領域仍然是研發的重點。從專利的功效角度來看，保證通信安全、降低復雜度、提高效率、降低成本仍然是企業的主要技術研究趨勢，因此規模較大的企業得益于其行業優勢仍然會重點解決這幾個方面的市場需求，但成立較晚的企業可以嘗試從提高量子通信設備穩定性、便利性、可靠性、速度、精度和可控性等方面選擇若干方向進行研發和突破，形成具有自身發展特色的行業競爭優勢。

5 結束語

目前，量子通信領域申請的專利數量越來越多，量子通信主體在追求專利數量的同時需要確保專利質量。隨著量子通信基礎技術的成熟，量子通信的應用以及與相關領域的結合將成為未來的技術發展重點和熱點，量子通信主體可以進行前瞻性的研發，從長遠視角出發進行知識產權布局和保護，讓知識產權助力產業發展和創新。