[论文解读] Quantum Technologies: A Review of the Patent Landscape

M. Edington Alex|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2021

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 24被引用 4

一句话总结

本文对2015至2023年间的量子技术进行了全面的专利景观分析，利用人工智能驱动的分类体系与学术文献，分析了48,577项专利，以描绘技术发展趋势。研究发现，量子计算、纳米技术和量子密码学是主要的创新领域，北美在研发方面处于领先地位，而量子传感和超导器件等新兴领域则展现出日益增长的发展势头。

ABSTRACT

Quantum Technologies is a term that is getting broader with every passing year. Nanotechnology and electronics operate in this realm. With the invention of industry-disrupting algorithms like Shor's algorithm that can break RSA encryption on a quantum computer and Quantum Key Distribution, which offers unconditional security in theory, investment is pouring in. Here we taxonomize and analyze 48,577 patents in this area from 2015 to present captured with a comprehensive query in Relecura's patent database. The author's subject experience, along with the company's AI-based tools and scholarly literature, were utilized to make this highly subjective choice of taxonomy. Though most Patent Landscape Analysis Reports consider a single technology, geography, or company, we have tried to give a holistic overview of these technologies as a whole due to their collaborative and intertwined nature. The physics of each technology and its role in the industry is briefly explained where possible.

研究动机与目标

• 通过涵盖多个相互关联领域的大规模专利分析，绘制量子技术演变的全景图。
• 识别推动量子技术发展的关键技术趋势、领先国家及主要专利权属机构。
• 构建一个反映其跨学科性和相互关联性的量子技术主题分类体系。
• 评估基于人工智能的工具与学术文献在提升新兴技术领域专利分类准确性与深度方面的作用。
• 提供超越单一技术或单一地理区域报告的量子技术创新全景图，体现现实世界中的研发合作与技术融合。

提出的方法

• 使用Relecura的基于人工智能的数据库开展全面的专利检索，获取2015至2023年间与量子技术相关的48,577项专利。
• 应用由领域专家指导的定制化主题分类体系，对核心领域（如纳米技术、量子计算、量子密码学及新兴技术）的专利进行分类。
• 整合学术文献见解与领域专业知识，以提高分类准确性并为技术发展提供背景解释。
• 分析专利的地理分布，识别主要国家与专利权属机构，突出北美在该领域的领导地位，以及在量子计算与密码学领域中的关键参与者。
• 采用文献计量分析方法，追踪创新趋势，包括专利增长率、技术焦点转移及研发投资指标。
• 采用多层分类体系，以区分子技术，如量子点、量子退火、纠错技术及量子密钥分发。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于2015至2023年的专利活动，量子技术中的主导技术领域是什么？
• RQ2 量子技术的专利趋势在不同国家及主要专利权属机构之间有何差异？这揭示了全球创新领导力的哪些特征？
• RQ3 量子计算、纳米技术和量子密码学在专利申请中相互关联的程度如何？这反映了怎样的技术融合趋势？
• RQ4 哪些新兴技术正在专利格局中崭露头角？它们与当前研发优先事项如何对齐？
• RQ5 基于人工智能的工具与专家校准在复杂、跨学科技术领域的专利分类中，如何提升分类的准确性与深度？

主要发现

• 量子计算与纳米技术是专利活动最活跃的两大领域，其中量子计算在量子退火与纠错技术方面展现出强劲增长。
• 北美在量子技术专利布局中处于领先地位，尤其在量子计算领域，主要受美国科技巨头及政府支持的研发计划推动。
• 量子密钥分发（QKD）是量子密码学中成熟且快速增长的细分领域，反映出对后量子安全解决方案的强烈兴趣。
• 新兴技术如超导器件与量子传感正获得关注，专利申请量持续上升，表明其具备早期商业化潜力。
• 将基于人工智能的工具与专家知识相结合，显著提升了对复杂、跨学科量子技术专利分类的精确度。
• 专利格局揭示了高度的技术融合，尤其是在纳米技术与半导体器件之间，暗示了协同创新的发展路径。