本文对量子密码技术专利进行深入分析，揭示国家科技实力和国防力量

摘要：随着互联网信息技术的飞速发展和量子时代的临近量子密码学的基础是，各国对量子密码学的研究越来越重视。量子密码技术专利数据能够很好地反映一个国家在量子密码领域的技术进步和成就，揭示该国的科技实力和国防实力。本文对量子密码技术专利进行了深入分析，旨在全面揭示量子密码技术的研发现状、研发热点、技术布局和竞争格局。研究结果表明，2011年以来，量子密码技术专利申请量快速增长，目前处于高速增长期；中国是全球量子密码技术研究的主要阵地，其次是美国和日本；世界前三名申请人中国国盾、美国MagiQ Technology Co., Ltd.和日本Electric Co., Ltd.；技术方向为密钥分发、光子量子通信；技术热点集中在量子密钥分发、量子纠缠、量子保密直接通信和量子秘密共享等方面，分析结果可为我国量子密码学研究提供参考，为我国知识产权保护提出建议。

近年来，美国和欧盟都非常重视量子技术的发展。他们通过出台政策文件、设立研究机构、支持量子技术研究等方式加大对量子技术研发的投入，促进量子技术研发和产业发展。 2018年10月，欧盟正式启动“量子技术旗舰计划”，总耗资10亿欧元。该计划的长期愿景是在欧洲建立一个通过量子通信网络连接所有量子计算机、模拟器和传感器的网络。 2020年2月，美国白宫网站发布《美国量子网络战略愿景》，提出开辟量子互联网，确保量子信息科学惠及大众，并于8月拨款超过10亿美元新建12所人工智能与量子信息科学研究所。 “十三五”期间，我国明确确立了“量子通信与量子计算机”重大科技专项。 2016年，发射了“墨子”号量子通信卫星。量子通信。 “十四五”是量子信息快速突破的关键时期，有望在量子通信方面构建天地合一的广域量子通信网络技术体系。

保证量子通信技术绝对安全的核心和关键在于量子密码学。量子密码学是一种利用量子纠缠效应、量子不可克隆等特性来实现安全通信和安全认证的技术。它是传统密码学与量子物理学相结合的产物。具有抗量子计算攻击、超长传输距离、超大容量等特点。其应用逐渐从理论走向实用化、商业化和产业化。

论文和专利作为主要的科技文献，是情报信息工作与科技工作相结合的产物。其中，专利是技术创新的动力和源泉。使用文献计量学分析量子密码学领域的专利，可用于量子密码学研究。密码学热点和布局提供了新的视角。方高对量子信息领域的专利数据进行基础定量统计分析。刘小平对量子信息领域的SCI论文进行关键词共现分析，探索研究热点。张倩分析了全球量子信息领域专利申请和科研论文的最新动向。张志强采用文献计量学方法，通过论文输出，利用多项指标分析全球量子信息技术研发情况。李海英利用科学文献分析了量子密码学领域的趋势、地区、机构和期刊。然而，量子密码学已经逐渐从理论走向产业化和商业化。基于专利的视角，可以更清晰地探索全球量子密码学的竞争态势和格局。

本文以专利数据为基础，采用计量方法分析全球量子密码学的总体趋势、区域和核心公司，并利用分析软件对技术课题进行分析，全面跟踪和预测全球量子密码学研发热点和技术布局，为国家制定量子密码产业政策和发展方向提供数据支持，为企业和科研机构开展技术研发、专利技术布局和转化提供帮助，为我国的量子密码技术提供建议。知识产权保护。

一、数据源和分析工具

本文使用 PatSnap 检索量子密码技术的专利数据量子密码学的基础是，并使用 Derwent Data Analyzer (DDA)、Incopat 数据库和 Excel 软件进行数据分析。

检索范围包括中国国家知识产权局、欧洲专利局、日本专利局和美国专利局。检索日期为2021年8月23日，检索结果合并，共获得4473条记录。

二、全球量子密码领域专利技术发展现状

从专利类型来看，在量子密码学领域，发明专利4049件（90.6%），实用新型专利395件（8.84%），外观设计专利25件(0.56%)。从法律状态分析，有效专利1670件（占37.37%），无效专利1054件（占23.58%），在审专利1217件（占2 7. 23%）。下面对专利申请的时间趋势、专利技术的构成和地域分布、核心专利申请人进行详细分析。

2.1 专利申请趋势分布

图1显示了国内外量子密码学专利申请数量的年度变化。需要注意的是，由于发明专利通常在申请之日起18个月内公开，因此公开后的数据整理和存储需要一定的时间。因此，统计专利数据会有一定的滞后性。

可见，量子密码学最早萌芽于1993年，这一时期对量子密钥分发技术的基础研究主要以理论研究和实验探索为主。直到 2001 年专利数量才显着增加。 2001年至2010年，国内外专利申请量呈波动增长态势。 2011年之后，申请数量一直处于快速增长的状态。在此期间，专利申请量和专利申请人数急剧上升。有美国MagiQ Technology Corporation、日本三菱电机等科研实力雄厚的企业，也有中国科学院等国内多家企业。参与研究机构。 2018年之后，随着美国、欧洲、英国、日本、韩国等国开展量子通信研发和试点应用，研发主体相对稳定，专利申请数量持续增长增加。

我国的量子密码技术专利起步较晚。 2001年中国科学院申请了国内第一项专利，“具有经典信号同步延迟的复合量子密钥分配系统及其双速协议”。随后十年（2001-2010年），我国量子密码学专利申请量稳步增长，2010年申请量达到顶峰。2010年至2015年，我国专利申请量开始成倍增长。 2013-2015年，每年成功申请专利50多项。其中，崛起的科大国盾量子科技有限公司（原安徽量子通信技术有限公司）成为我国第一家从事量子信息技术产业化的创新型企业，在国内处于领先地位我国的量子专利市场。 2017年以来，国内申请量超过国外，优势越来越明显。目前，我国的量子密码技术正处于高速、高端发展阶段。所攻克的技术难点逐步走出实验室，投入实际应用，获得了世界的瞩目。

中国自2010年以来实现了“弯道超车”，国内企业和研究机构加强合作，共同推进产业化，为中国的量子密码技术和通信做出了巨大贡献，开创了我国量子时代的新纪元。

2.2 专利技术与区域布局

通过统计专利的IPC分类号，可以掌握专利申请的技术领域分布。表1显示了基于IPC子类别统计的全球量子密码技术专利涉及的主要研究领域。可以看出，国际量子密码领域近一半的专利申请集中在密钥分发（H04L9/08），部分应用涉及光子量子通信（H04B10/70）和同步）或初步建立了发送和接收密码设备的特殊方式（H04L9/12），分别占总数的14.69%和8.07%。其中，量子密钥分布最早，理论最完备，发展最成熟的研究领域，也是专利申请最集中的领域，其次是光子量子通信。

自 2011 年以来，密钥分发（H04L9/08） 和光子量子通信（H04B10/70））是量子密码领域专利申请量排名前两位的技术，尤其是在在密钥分发技术领域，增长速度明显，竞争激烈；而同步或初步建立的特殊收发密码设备方法的相关研究（H04L9/12）阶段，几乎所有申请者都没有。在这个技术领域投入了太多的研发精力。因此，预计密钥分发和光子量子通信技术仍将是未来几年的研究热点。

要了解全球量子密码学专利的地理分布和流动情况，请绘制图2。其中，最左边一栏为全球五局的量子密码学专利申请总数，中间一栏为国家/地区优先权所属的国家，注明专利技术的来源和专利申请人最先申请的国家/地区，数字反映了相应国家在该技术领域的研发实力。最右侧是专利受理局，表示目标市场国家/地区。申请数量反映了目标市场的关注度和战略布局。

从图2可以看出，美国和中国的应用数量最多，远超其他国家/地区，是量子密码技术的主要来源国。除本国外，日本在美国拥有最多的专利（82 项），占所有专利的 19.5%。在中国，93.8%的专利在本国，很少分发到其他国家。一方面表明中国申请人对国内市场的重视，另一方面表明其缺乏全球视野，忽视了全球布局。我国专利最多的其他国家是美国（37），其次是日本（26）。

结合量子密码学领域的优先国家/地区和技术分类号，绘制五大局的技术分布图。如图3所示，美国、中国、欧洲、日本和韩国在H04L/08（密钥分发）领域的布局最多。在H04L9/00（秘密或保密通信设备）领域的布局较为重视，日本则在H04L9/12（同步或初步建立的特殊收发密码设备手段）领域布局重视。除了H04L/08这个核心领域（密钥分发），中国很少涉足其他技术领域。

结合五局的流向和技术分布图可以看出，美国和日本在全球量子密码技术领域形成了较为严格的专利布局，对专利布局十分重视在中国。我国绝大多数专利在国内申请，海外申请数量很少，专利申请布局不统一。

2.3个核心专利申请人分布

为了解量子密码学领域技术创新主体的全球分布及其应用趋势，本文对申请专利的前十名申请人进行分析。从图4可以看出，前十名的专利申请人均来自中国（8个）、美国和日本。这也证明了我国在量子密码学领域的领先技术地位。我国的量子密码技术起步于高校，理论基础扎实，专利申请量大。北京邮电大学、华南师范大学、中国电子科技集团电子科学研究所等科研机构在量子研究方面具有带动全国高校的势头。 2000年至2010年，中国涌现出许多从事量子密钥分发、量子通信技术、量子信息产业化的知名科研公司。比如科大国盾、安徽问天、浙江神舟等。其中，浙江神舟量子网络科技有限公司专利授权率最高。阿里巴巴集团控股有限公司在电子商务、在线支付等领域处于国内领先地位，对保密通信有深入研究，专利布局起步较早。排名前两位的外国申请人是来自美国的 MagiQ technologies inc 和来自日本的 Nec Crop。与我国不同的是，美国和日本的企业申请数量高于大学申请数量。

根据IncoPat对核心申请人价值的分类（表2）可以看出，在量子密码学领域，我国高价值专利集中在4~9个点，相比美国MagiQ科技公司与相对集中在10个点左右的日本电机公司相比，在我国还是有很大差距的，其中浙江神舟量子网络科技有限公司、华南大学科技大学，北京邮电大学高价值专利较多，专利价值多集中在7-9分，阿里巴巴集团控股公司专利质量较好，10分，高价值专利占比高达57%。

在技术领域，核心专利申请人对应的IPC分类如图5所示，前十名专利申请人均集中在密钥分布（H04L9/08））。国内外技术布局，由于美国MagiQ科技公司和日本电机公司的专利布局时间较早，较早进入实践探索阶段。除了密钥分发（H04L9/0 8） 和安全或保密通信设备（H04L9/00）），美国MagiQ Technology Corporation 拥有大量专利之外，在同步或最初建立的特殊布局中也有发送和接收加密设备的手段（H04L9/12），安全通信（H04K1/00），包括安全线路和辐射传输系统。日本的电气布局几乎涵盖了前10大技术，布局重点关于同步或初步构建发送和接收密码设备的特殊手段（H04L9/12），类似于美国的布局，而在这项技术中，中国几乎没有涉及。我国研发的主要布局比较简单，重点布局（H04L9/08），少量布局在以协议为特征的通信控制设备、设备、电路和系统（H04L29/06）@ >、量子通信传输系统（H04B10/70）、用于验证系统用户身份或凭证的保密或安全通信设备（H04L0/32）.中国电子科技集团）电子科学研究院科技对数控变送器（H04B10/556）@>）的技术进行了大量研究。

可以看出，与中国研发主体只布局核心技术不同，美国和日本的科技公司从基础量子理论和方法，到技术解决方案，再到技术性能，都进行了布局，重点在产品线上。这一点值得我国科研机构和企业学习借鉴。

对于前20名的专利申请人，使用DDA分析合作网络，绘制图6。可以看出，我国已经形成了以科大国盾量子科技有限公司为核心的合作网络。合作网络包括上海交通大学、北京邮电大学、中国科学技术大学等高等院校，以及国家电网和量子领域的高科技公司。 TRIFONOV ALEXEI 是美国 MagiQ Technology Corporation 的主要发明人。中国电子研究院、阿里巴巴、日本电气、英国电网等公司尚未进行技术合作。

三、全球量子密码学领域技术热点分析

3D 专利地图是技术主题的直观表示。 IncoPat分析函数用于获取量子密码学领域的全球专利集群图，如图7所示。全球量子密码学研究领域的研究热点集中在量子加密和通信技术，包括量子密钥分发（QKD ), 量子隐形传态 (QT), 量子安全直接通信 (QSDC) ) 和量子秘密共享 (QSS), 单光子源 (SPS) 和量子密钥加密 (QKE), 量子认证 (QA), 量子签名 (Quantum Signature,质量保证）等。

可见，量子密钥分发和量子纠缠是全球企业和科研机构的主要布局热点，也是量子密码技术的主流方向。其中，量子密钥分发技术的专利申请数量最多。国内外研发方向略有不同。中国企业和科研机构主要关注量子纠缠、量子密钥分发和量子密码加密；国外公司和科研机构主要关注量子密钥分发、光子探测和量子密码共享。

在量子密码学领域，QKD是提出最早、理论最完整、发展最成熟的研究领域。它是量子密码学领域唯一进入实用阶段的技术方向。 QKD以量子态为信息载体，使双方通过量子通道共享密钥，实现密码学与量子力学的完美结合，一次性一键完成点对点经典通信加密。从专利申请来看，该技术在全球范围内拥有超过1500个专利族，主要申请人为国内外高校和科研机构、从事设备研发和运维的量子通信公司、孵化的创业公司。大学。量子密钥分发有两种方式，包括连续变量量子密钥分发（CV-QKD）和离散变量量子密钥分发（DV-QKD）。从专利布局来看，CV-QKD方案，尤其是高斯调制相干态CV-QKD方案的安全性已经在国际上得到充分证明，因此该技术领域的相关专利申请较多。主要技术布局在CV-QKD的高效协商算法和本振方案。 DV-QKD方向的专利申请总量较少，主要技术布局在编码、收发等方面。

QT 表示两个量子态相关或处于相关态。量子纠缠态分布是指在制备纠缠粒子对时，将不同的粒子对送到不同的地方，实现量子态的空间转移。该技术取代了现有的光缆技术，在太空中无形地传输信息。目前，与QT相关的专利申请近百件。从专利申请所涉及的技术来看，主要集中在编码方式、量子态交换方案、隐形传输协议等方面。综合来看，QT是量子密码技术基础研究的热点之一，但该技术仍处于理论研究和实验验证的过渡阶段，未来能否实用还不清楚。

相比之下，QSDC和QSS的专利申请数量比较少，只有几十个。 QSDC是一个比较新的概念，即通信双方以量子态为载体，利用量子力学原理和量子特性，通过量子信道进行传输，在双方之间直接传递有效信息。安全无泄漏的方式。 QSS主要关注共享量子信息的门限方案、秘密共享方法流程的优化方案等，目前这两个方向的授权专利数量非常少，专利申请人以高校为主。

另外，量子密码学领域涉及的技术分支有QKE、SPS、QA、QS等，这些专利申请数量较少，目前还没有明确的测试体系和实用前景。

总的来说，量子密钥分发是目前量子密码学领域专利申请数量最多的分支。围绕量子密钥分发技术的器件、协议和编码方案是专利布局的热点。

四、结论

本文从时间、地域、申请人、机构、主题等不同角度分析了全球量子密码技术专利的发展趋势和研究热点。从专利申请时间和地区来看，全球量子密码学研究正处于蓬勃发展阶段。中国是当今世界量子密码学研究的主要阵地。中国科技大学国盾、安徽问天、日本电气、美国MagiQ Technology Corporation等均为该领域的全球主要申请人。密钥分发（H04L9/08）和光子量子通信（H04B10/70）技术是主要技术方向。全球量子密码学和技术研发热点集中在量子加密和量子通信技术，主要包括QKD、QT、QSDC、QSS、SPS和QKE。

加密是国家重要的战略资源，是国家最重要的武器，是网络空间安全的核心技术，直接关系到国家的政治安全、国防安全、经济安全和信息安全。量子密码学可以有效提高信息传输的安全性，是未来应对网络空间安全威胁的重要技术手段。经过近30年的发展，量子密码学专利申请量迅速增加，中国已成为全球量子密码学技术研究的主要阵地。根据目前的发展现状，结合以上分析，从宏观层面（国家）和中观层面（研发主体）对我国量子密码学的知识产权保护提出以下建议：

1）从宏观层面，加大政策和资源的支持和投入；积极参与量子密码技术的国际标准化，为中国解决方案贡献力量。

从专利申请数量和申请趋势来看，我国高校量子密码技术的专利申请数量较多，具有较强的理论基础。可以说，我国的量子密码学专利申请是从高校开始和发展起来的。针对这种情况，国家要设立量子密码学专项，特别是量子密钥分发和光子量子通信技术应用有明显上升趋势，加大对更多科研力量的支持力度；在现有网络空间安全一级学科中，确立稳定的量子密码学研究方向；建议教育部建立量子密码学一级学科，形成完善的人才培养体系，培养高层次的量子密码学人才。

此外，应积极参与量子密码技术的国际标准化，推动相关术语标准、测试标准、规范性标准的制定，为中国解决方案贡献力量。目前，在国际电信联盟电信标准分会（ITU-T）、国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、电气电子工程师协会（IEEE）、互联网工程任务组（IETF）和其他国际标准组织在他的领导下，量子计算、量子互联网、量子通信、量子密钥分发等领域的标准化工作陆续展开。我国应积极参与，争取主导地位。

2）从介观层面，研发主体要强化量子密码技术创新和知识产权保护意识；要加强核心技术专利质量，有效推进量子密码技术产业化和市场化。

高校对量子密码学的研究不仅带动了我国强劲的研究势头，还形成了一批与之分离的创业公司，成为量子密码学行业的“中坚力量”。目前，中国最大的量子科技公司安徽问天量子科技有限公司，起源于中国科学技术大学。面对产业化，资本市场更青睐拥有核心技术自主知识产权的企业。 Therefore, start-up companies need to plan and deploy in the context of international competition, further strengthen intellectual property protection and awareness of international competition risk defense, appropriately deploy patents worldwide, and establish a “patent moat” for technology and products in advance.

In addition, while maintaining the leading position in key distribution technology, my country’s R&D entities should also actively explore other technical fields, make extensive arrangements, and seize technological blank spots. In addition to theoretical research and experiments, it is necessary to strengthen and check the patent quality of key core technologies in the top-level design of major projects, effectively promote the industrialization and marketization of quantum cryptography, and contribute Chinese wisdom to the world.