2023全球量子信息技术发展态势研究.docx

2023全球量子信息技术发展态势研究目录内容提要1摘要11 .量子信息未来有望成为推动信息通信技术演进和数字经济产业发展的新动能21.1. 三大领域分别提升计算处理速度、增强信息传输安全、提高传感测量精度.21.2. 量子信息在众多垂直行业应用领域广泛，探索有效融合应用场景3?全球量子信息技术的整体趋势4?专利申请数量历经平稳发展和迅猛增长两个阶段4?专利技术构成集中于电学和物理两个大部5?全球量子信息技术的空间布局6?中美专利申请和授权数量全球领先6?绝大部分高被引专利在美国申请保护7?全球量子信息技术的合作创新8?中国推动量子信息技术创新发展的对策建议IO?2024量子信息产业技术趋势展望11?技术路线：量子信息技术发展路径与支撑体系11?量子信息专利技术布局：中美日为主要技术来源12?量子通信为量子信息专利技术布局重点，申请热度和布局广度较高.12?美国、中国、日本为量子信息主要技术来源13?量子信息科技企业技术与研发布局：量子通信和量子计算为重点方向13?科技企业大多布局量子通信与安全领域，量子计算朝商业化推进14?量子计算、量子通信为中国量子企业重点研发布局方向15?量子信息三大领域科技与创新快速发展，成为投资布局热点17?量子信息技术发展趋势与目标18?一围绕三项科技攻关任务18?一量子信息研发不断取得突破，将进一步推动成果应用及产业生态构建19内容提要提出中国应加快实施量子信息技术全球化战略，聚焦关键领域布局高价值专利，并积极构建产学研用科技创新体系等建议。摘要量子信息技术作为未来重大技术范式变革的前沿领域，已成为全球科技战略布局的关注焦点。基于全球专利数据的计量分析发现：在整体趋势上，专利申请经历了20002015年的平稳发展期和20162023年的迅猛增长期两个阶段，且在量子通信、量子密钥分发、量子计算等主题上高度集中；在空间布局上，美国拥有的高质量专利数量远超其他国家，虽然中国的专利数量全球领先,但技术全球化战略布局较弱；在合作创新上，全球合作创新网络结构较为松散,且多存在于同类型的创新主体之间。对此，提出中国应加快实施量子信息技术全球化战略，聚焦关键领域布局高价值专利，并积极构建产学研用科技创新体系等建议。1 .量子信息未来有望成为推动信息通信技术演进和数字经济产业发展的新动能1.1. 三大领域分别提升计算处理速度'增强信息传输安全'提高传感测量精度量子信息是指以量子力学基本原理为基础、通过量子系统的各种相干特性（如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等），进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。量子信息主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域，在提升计算困难问题运算处理能力、加强信息安全保护能力、提高传感测量精度等方面，具备超越经典信息技术的潜力。图表1：量子信息领域概况基于子体系纠缠、压缩、高附关量子测量联等特性，实现对量子态的操控和赛量量子测量的精度更高、探测距鼻更远、测量设备体积更小、浏量手段和维度更丰富集中于子时频同步、量子重力测量、量子磁场测量、量子定位导航、量子目标识别等五大领域,H蓄军事国防、航空航天、生物医疗、能源勘探、交通运输、灾害预等行业时钟源、原子干涉磁力仪、量子干涉罚件磁力计、原子干涉加速度计、原子干涉陀墀仪、原子干涉重力仪、原子干涉重力梯度仪、量子雷达资料来源：世界科技研究与发展前瞻产业研究院甫瞄经济学人APP1.2. 量子信息在众多垂直行业应用领域广泛，探索有效融合应用场景量子信息技术已成为未来国家科技发展的重要领域之一，三大技术的分别在不同领域应用广泛，其中，量子计算基于量子力学的全新计算模式，具有原理上远超经典计算的强大并行计算能力，为人工智能、密码分析、气象预报、资源勘探、药物设计等所需的大规模计算难题提供了解决方案;量子测量在心脑疾病诊断、癌细胞检测、细胞显微成像等生命科学研究领域将产生重要推动作用，在微弱电磁信号检测，绝对重力与重力梯度测量，以及软硬目标探测识别等领域的发展，将为国防、工业、地质、环保等众多垂直行业应用赋能;量子通信在信息安全领域探索有效融合应用场景。图表2：量子信息技术的（潜在）应用场景及领域 交通现划 航空航天 电信网络 分子化学 人工智能 金改交易等量子计算I量子测量 高精度腕请分析 磁场探测 引力场探潴 定位导航超高分辨成像 大气与环境监测 目标识别等布效揭示复杂物理系统的规律,一x典信息技术的局限超越经典极限的精密测量资料来源：中国信息通信研究院知识产权中心等前瞻产北研究院前瞻经疥学人APP全球量子信息技术的整体趋势专利申请数量历经平稳发展和迅猛增长两个阶段本研究以2000-2023年全球量子信息技术发明申请专利为样本，数量变化如图1所示。全球量子信息技术领域的专利申请大致可分为两个阶段：第一阶段为2000-2015年的平稳发展期，虽然期间部分年份的专利申请数量有所回落，但并不影响整体的上涨趋势。第二阶段为20162023年的迅猛增长期，自2016年专利申请数量首次突破1000件后，相关专利申请数量保持着稳定的增长态势，2019年起专利巾请数量更是超过了2000件。图12000-2023年全球量子信息技术领域专利申请情况注：由于专利从申请到公开有18个月的延迟，故2023年和2023年的专利数据收录不全，仅供参考。专利技术构成集中于电学和物理两个大部依据IPC主分类号划分相关专利所涉及的技术领域，如图2所示。该领域专利所属的技术领域主要集中于电学（H）和物理（G）大部，H部主要集中在H041（量子通信和量子密钥分发技术）、H（H1（量子器件的相关半导体技术）、H04B（量子通信设备或系统）等领域。G部主要集中在G06N（量子计算系统或方法）、G06F（量子编程、模拟或算法技术）、G（HN（量子态测量与分析方法）等领域。图2全球量子信息技术的构成?.全球量子信息技术的空间布局?.!.中美专利申请和授权数量全球领先就技术流出视角而言，申请人来自65个国家或地区。其中，中国的专利巾请数量排名第一，占全球总量的比重高达52.54%,大幅超过了其他国家或地区。美国位列第二名，专利申请数量占比22.82%,虽与中国存在一定差距，但远远高于其他国家或地区。除了中国和美国之外，其他专利申请数量占比超过1%的国家或地区依次为日本(9.94%)、韩国(4.57%)、英国(3.66%)、德国(3.13%)、加拿大(2.32%)等；其余58个国家或地区的专利申请分布较为分散，总和占比只有103%。除此之外，中国量子信息技术领域的专利申请人的跨地域合作较少，相关专利仅有41项，合作对象主要来自美国、英国、德国、俄罗斯等。与之不同的是，美国有234项专利为跨地域合作研发专利，合作对象分布十分广泛，包括英国、德国、日本、中国、加拿大、荷兰、瑞士等。相对而言，美国在共同研发量子信息技术方面的表现更为突出，从而可以充分地利用和整合全球量子产业的资源优势，借助开放的市场力量加快创新速度，最终形成自身的竞争优势和核心竞争力。从技术流入视角来看，专利主要在47个国家或地区公开。其中，在中国公开的专利数量为10366件，位居榜首，占据了全球量子信息技术专利巾请公开数量的47.98%,这表明中国是量子信息技术领域相关企业和科研机构进行专利布局的重点区域。紧随其后的是美国，以3582件公开专利数量占据全球的16.58%,同样是该领域重要的目标市场，在未来的市场竞争中占据优势地位。其他专利公开占比超过1%的国家或组织，从高到低依次为：世界知识产权组织(10.09%>日本(7.64%)、欧洲专禾IJ局(5.06%)、韩国(3.88%)、力口拿大(142%)、英国(139%)、澳大利亚(130%)、印度(11O%)、德国(1OO%)等。其余36个国家或组织公开的专利数量只有553件，占比为2.56%。?.2.绝大部分高被引专利在美国申请保护在20002023年，全球共有I1084条专利存在被引证情况，累计被引99907次，其中累计被引次数超过60次的高被引专利有170件。表1全球量子信息技术领域高被引专利情况排名专号申请国别/地区被引频次1US20070211786A1美国5942US20080263363A1美国3983US20090110033A1美国3894US20180307859A1美国3735US20080237572A1美国3296US20020010684A1美国3267US20030006410A1美国3258US20040193441A1美国2989US20060118158A1美国27710US20070120141A1美国273170US20110062446A1美国60根据表1,在170件高被引专利中，美国拥有其中的100件，远远超过了其他国家拥有的高被引专利之和，专利平均被引次数达123.59次。同时，从全球量子信息技术领域专利被引次数排名来看，美国包揽了全部的前10件高被引专利以及前20件高被引专利中的18件。日本以22件高被引专利位居全球第二位，专利平均被引次数为77.55次。位居全球第三位的是英国，拥有11件高被引专利。位居全球第四位的是中国，拥有9件高被引专利，主要由浙江神州量子网络科技有限公司、国家电网有限公司、安徽量子通信技术有限公司、山东量子科学技术研究院有限公司等企业以及中国科学院物理研究所、上海交通大学、江南大学等高校院所申请，专利平均被引次数为77.89次。与中国拥有相同数量高被引专利的是韩国，其专利平均被引次数为70.89次。紧随其后的依次为加拿大、德国、澳大利亚、开曼群岛、中国台湾、比利时、法国和意大利,其中开曼群岛和加拿大分别占据了全球前20件高被引专利中的1件。由此可见，在量子信息技术领域，绝大部分的高被引专利都是在美国申请保护的，美国仍然是该领域的全球霸主。相对于庞大的专利申请数量，中国的高被引专利数量并不多，说明中国具有基础创新性和奠基性的高质量量子信息技术还远远不够。因此，未来中国亟须推动有效市场和有为政府更好结合，依托各类社会主体之间的融通创新，构建由龙头企业牵头、高校院所支撑、各创新主体相互协同的创新联合体，打通基础研究、应用基础研究到产业化的双向通道。?.全球量子信息技术的合作创新申请人的合作情况如图3所示，节点大小代表申请人合作申请的专利数量多少，颜色区分巾请人类型，连线粗细表征巾请人合作的紧密程度。高校个人科研机构A1e×ifonovrk1eju"'"snkiKingd1.,t:5riPineshshiAdvancedTe1egrXfe1<ntt>R2AWocOf懦TtiUnvAMokyoBeeuso1ei1RyarvIo<MBent!院有般:i*tt国网绍电公司Ftan1eyaAgencyNatioo9I9,°-71.于通BjredSeanDInform*,.4满江国信子q闰同山东