欧洲专利局发布空间量子技术分析报告

2021年11月2日，欧洲专利局（EPO）发布《量子技术和空间专利洞察报告》（Patent Insight Report：Quantum Technologies and Space），这项研究是欧洲专利局（EPO）、欧洲空间政策研究所（ESPI）与欧洲航天局（ESA）合作完成的专利分析系列报告之一。

研究发现，地球观测、导航和通信的空间应用领域的量子技术2001至2020年全球专利申请不断增长。当今的空间领域是一个越来越以服务为驱动的领域，世界各地越来越多的公共和私营机构以科学、军事和商业为目的，从空间探索、载人航天到利用卫星实现通信和导航。要点如下。

1  研究背景

量子和空间领域都已成为全球主要大国（包括欧洲国家和欧盟）的重要战略技术领域。量子技术在太空中的主要用途包括安全通信、时间和频率传输、地球传感和观测。

在专利申请分析中，报告研究考虑了实现主要应用的三个关键量子技术：

（1）量子密钥分配（Quantum Key Distribution），使用量子物理确保对称加密密钥的分布；

（2）冷原子钟（Cold Atom Clocks），最精确和最准确的频率标准；

（3）冷原子干涉仪（Cold Atom Interferometers），具有颠覆性变革的潜力，例如导航和定位、资源勘探、地球物理研究和基础物理学等。

2 主要结论

（1）量子技术及其空间领域的应用在当今世界的重要性正在迅速增长，在这一领域观察到的巨大势头可能会刺激未来的创新，并继续促进专利申请的上升趋势。分析显示，2001至2020年，量子密钥分配、冷原子钟、冷原子干涉仪等领域共有5654项专利家族，急剧上升，其中844项专利家族与空间应用相关。空间应用相关的量子技术快速崛起，新发明的数量不断增加。

（2）专利的增长趋势主要由量子密钥分配的创新驱动，占比超过77%。2001至2020年，量子密匙分配的同族专利数量增长了20倍，而全球量子技术专利申请活动仅增长了4倍。报告分析认为，量子计算技术进步后，开发新的安全通信方法的紧迫性使量子密匙分配出现显著的新发明浪潮，这也进一步表明卫星量子密匙分配环节在未来安全通信网络和架构中的重要作用。

（3）大多数与空间相关的量子技术专利申请主要源自欧洲以外的美国、中国和日本等，其中，美国和中国处于领先地位，但中国申请人主要选择国内申请，国际专利申请仅占7%。欧洲范围内，英国、法国、芬兰和德国的相关申请人最为活跃，其后依次是瑞士、奥地利和荷兰，欧盟专利成员国大量参与跨国专利申请。欧洲量子技术和空间应用（如基于空间的量子密钥分配）已被视为对整个社会和经济具有根本影响的颠覆性技术领域。然而，根据专利数据统计，欧洲还不是空间相关创新的先驱。随着欧洲量子通信基础设施（EuroQCI）[1]等重大项目的引入，这一情况在未来可能会发生改变。

[1] EuroQCI项目旨在开发使用一个覆盖整个欧盟的量子密钥分配的欧洲量子通信基础设施。

（4）领先专利申请人在三个技术领域的分布部分重叠。量子密钥分配、冷原子钟和冷原子干涉仪方面与空间有关的专利申请大多数都不是来自同一个主要参与者，这表明它们具有高度的专业化和有限的协同效应。

重要专利申请人包括中国科学院、中国航天科工集团、美国诺斯罗普·格鲁曼和美国霍尼韦尔，其中，中科院在量子密钥分配和冷原子干涉仪均位居首位，美国霍尼韦尔在冷原子钟位居首位。

EPO成员国主要专利申请人包括法国泰雷兹、法国国家航空航天研究院（ONERA）、法国国家科学研究中心（CNRS）、诺基亚、英国量子加密公司（Arqit）、英国牛津大学和奥地利科学院。

此外，趋势分析发现，例如惠普、雷神公司过去专利申请较为活跃但申请数量呈现下降；新进入量子技术的申请人主要来自中国科学技术大学、成都量安区块链科技有限公司和成都零光量子科技有限公司。

（5）各技术分支趋势。

①量子密钥分配：协议、密钥管理以及量子通信的光学方面的专利申请显著增加，但光子量子存储器的使用可能面临其他挑战，阻碍了空间领域的迅猛发展，相关合作主要倾向于国家层面。

②冷原子钟：光学冷原子钟的重要性日益突出，可能需要提供更准确的侧脸，与量子密匙分配相比，冷原子钟的专利合作地图要小很多，相关合作主要是学术界与政府之间。

③冷原子干涉仪：该领域申请趋势变化主要与陀螺仪、加速器和重力计相关，其合作地图显示，法国具有来自政府、学术界和工业界互联的强大集群，突出了多层次合作；日本合作集群以学术界和工业界合作为主。