全球超导量子芯片专利发展态势

近年来，量子计算机的研制已成为全球科技战略的必争高地，而量子芯片研制是量子计算机研究的核心。其中，超导量子芯片是目前量子计算领域最重要的研究方向之一，这类芯片有助于“非常规”的计算，被认为是未来计算机的基础。

笔者在The Lens全球专利和学术数据库中使用检索式(title:(superconducting) OR abstract:(superconducting) OR class_ipcr.symbol:(“H10N60/00” OR “H01L39/00” OR “G01R33/035”)) AND (title:(quantum) OR abstract:(quantum) OR class_ipcr.symbol:(“G06N10/00”)) AND (title:(chip OR "integrated circuit" OR bit OR processor OR "digit circuit") OR abstract:(chip OR "integrated circuit" OR bit OR processor OR "digit circuit"))检索全球超导量子芯片专利，检索时间为2023年8月21日。根据专利管辖权，笔者将全球超导量子芯片专利分为申请目标国在国外的国外专利和申请目标国是中国的中国专利，并分析两者的发展态势。

一、专利申请趋势

超导量子芯片领域国外专利申请在2016年前处于萌芽期，这一阶段的专利数量增长缓慢。2016-2021年，国外专利申请呈快速上升趋势，并于2021年达到至今的最高值，反映出国际科研机构、高科技企业对超导量子芯片技术的持续关注和投入（图1）。

图1 超导量子芯片国外专利趋势

超导量子芯片领域中国专利申请趋势与国外类似，2018年前是国内该领域技术研发的萌芽期，此时超导量子芯片作为一个新兴领域，专利数量较少，且增长速度缓慢，研究和创新活动还处于起步阶段。2018年后，国内超导量子芯片领域技术研发进入成长期，专利数量迅速增长，目前该领域正经历着一个蓬勃发展的阶段（图2）。

图2 超导量子芯片中国专利趋势

二、专利申请人

超导量子芯片领域国外专利的主要申请人有：IBM、D-wave、谷歌、日立、NEC、Hypres、日本科学振兴机构、微软、麻省理工大学（图3）。美日两国企业积极开展超导量子芯片的创新研发，如英特尔于2018年发布49量子位超导芯片“Tangle Lake”，谷歌在2019年发布基于超导transmon架构的53量子位量子芯片“Sycamore”，IBM在2021年推出包含127个量子比特的量子计算芯片“Eagle”，这些企业通过申请专利保护其技术创新成果。

超导量子芯片领域中国专利的主要申请人有：本源量子、中科院上海微系统与信息技术研究所、IBM、中国科学技术大学、清华大学、百度、中科院物理研究所、南京大学、腾讯（图4）。其中，本源量子成功研制首个国产为量子芯片提供高真空保存环境的“量子芯片冰箱”，并于今年8月获专利授权（CN219488316U）。百度申请的专利“超导量子芯片设计方法及装置、电子设备和介质”于今年5月获得授权（CN114492810A）。

中国专利主要申请人中企业占比较小，产学研合作尚显不足，这可能导致研究成果在实际应用和商业化方面的转化滞后。因此，鼓励产学研间开展合作，促进科研成果转化，是推动国内超导量子芯片领域持续发展的关键因素之一。此外，国外企业在我国这一领域的专利布局也不容忽视。IBM等国际知名企业在超导量子芯片领域拥有丰富的研究经验和技术积累，通过申请专利，将占据一定的技术优势和知识产权地位。如果我国在这一领域的专利布局不足，可能导致技术被他人垄断。因此，加强我国自身的技术研发和知识产权保护，以及与国外企业的合作与竞争，将有助于保障我国在超导量子芯片领域的的技术权益。

图3 超导量子芯片国外专利主要申请人

图4 超导量子芯片中国专利主要申请人

三、专利热点技术

超导量子芯片领域国外专利的热点技术有量子计算机（G06N10/00）、超导集成器件（H10N69/00）、纳米技术（B82Y10/00）、约瑟夫森效应器件（H10N60/12）（图5）。中国专利的热点技术有量子计算机（G06N10/00）、约瑟夫森效应器件（H10N60/12）、用于操纵量子位的量子处理器或组件的物理实现或架构（G06N10/40）（图6）。量子计算机和约瑟夫森效应器件是超导量子芯片领域的基础技术和研究重点。

图5 超导量子芯片国外专利热点技术

图6 超导量子芯片中国专利热点技术

四、专利质量

超导量子芯片领域国外专利质量较高，被引次数最高的专利出现在2008年（图7），是D-Wave申请的美国专利Systems, Devices, and Methods for Interconnected Processor Topology（US2008/0176750A1），目前该专利被引156次。

在中国专利中，2007年前几乎没有专利的被引情况，这可能意味着在此之前，国内超导量子芯片领域的专利创新相对较少，或者这些专利在当时并未引起广泛的关注和应用。超导量子芯片领域被引次数最高的中国专利出现在2012年（图8），是中科院上海微系统与信息技术研究所申请的Readout circuit based on SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) offset voltage reversal and method for inhibiting low-frequency noises（CN102426343A），该发明涉及一种基于SQUID(超导量子干涉器件)偏置电压反转的读出电路及抑制低频噪声的方法，目前被引33次。对比国外专利和中国专利的被引情况，国内在该领域申请的专利质量较低。

图7 超导量子芯片国外专利被引情况

图8 超导量子芯片中国专利被引情况

参考链接

[1] The Lens.https://www.lens.org/?locale=zh