还记得《流浪地球》中的超级计算机么，那就是一台未来的量子计算机，其运算速度远超当前的传统计算机。例如，“九章” 光量子计算系统一分钟便能解决经典超级计算机需一亿年才能解决的 “高斯玻色采样” 问题；“九章二号” 在高斯玻色取样问题上的处理速度比全球最快的超级计算机快一千万倍，全球 “最快超算” 需30万亿年可算出的问题，“九章二号” 只需1毫秒即可解决；“九章三号” 处理高斯玻色取样问题的速度比世界第一的 “前沿” 超级计算机快6307.2万亿亿倍。
一、什么是量子计算
量子计算是一种遵循量子力学规律，利用量子态的叠加、纠缠和干涉等特性来进行信息处理的新型计算模式，以下是关于它基本原理的详细介绍：
量子比特：量子计算的基本信息单位是量子比特（qubit）。与传统计算机中只能取 0 或 1 的比特不同，量子比特由于量子态叠加原理，可同时处于 0 和 1 的叠加态，多个量子比特组合在一起时，能表示的状态数量会呈指数级增长。例如，n 个量子比特可以同时表示 2ⁿ个状态，这使得量子计算机在处理某些特定问题时，能同时对多个数据进行并行计算，具有远超传统计算机的信息处理能力。
量子纠缠：是两个或多个量子比特之间存在的一种特殊的量子关联现象。处于纠缠态的量子比特，无论相隔多远，当一个量子比特的状态发生变化，另一个也会瞬间发生相应变化，爱因斯坦曾把这一现象称作 “鬼魅般的超距作用”。利用这种特性，量子计算机可实现量子比特之间的高效信息传递和协同计算，大大提高计算效率。
量子干涉：当量子比特的不同状态在计算过程中相互干涉时，相长干涉会增强某些计算结果的概率，相消干涉则会减弱甚至消除其他结果的概率。通过精确控制量子干涉的过程，量子计算机能够快速地从众多可能的计算结果中筛选出正确答案。
二、全球格局中的中国地位
在全球量子计算领域，中国占据着重要地位。截至2024年7月，2013-2023年全球量子计算发明专利申请量共计15437件，全球授权总量5417件。其中，中国专利申请量占比39%，高于美国的28%，在科研活跃度和领先地位上表现显著。此外，日本、欧洲、韩国等国家 / 地区也有一定占比的专利申请量，分别约为 5%、3%、2%。从国家层面累计专利数量来看，中国已超越美国。根据总部位于日本东京的信息分析公司VALUENEX统计，从20世纪90年代至今，中国的量子计算相关专利数量达到3217项，超过美国的 2740项。
三、国内专利申请趋势
从专利申请和授权情况来看，量子计算技术领域的申请量整体呈逐年增长趋势，已授权占比有所波动。专利类型以发明专利为主，实用新型和外观设计专利较少。在专利法律状态方面，有效和在审专利较多。
四、主要申请人分布
从国内申请人分布来看，地区上广东、北京等地的申请量较多。企业和机构方面，中国工商银行股份有限公司、中国银行股份有限公司、腾讯科技（深圳）有限公司等是主要申请人。值得一提的是，在量子计算机公开专利数量按团体统计中，本源量子公司排名全球第1。2002-2020年，本源量子排在第10位，2021-2024年，本源量子新增了363项量子计算专利，超过了新增212项专利的美国IBM。在量子通信方面，中国公司表现突出，国盾量子排名第1，前10位中有7家中国机构，剩下3家为日本机构。
五、技术路线专利情况
在众多量子计算技术路线中，超导量子计算路线备受关注。截至2024年7月，全球超导量子计算路线专利的全球申请量为9380件，全球授权量为3976件，长期被业界寄予厚望。
六、应用领域相关专利
量子计算因其独特的并行计算能力，在多个领域有潜在应用，相关专利也有所体现。例如在量子加密通信领域，中国处于领先地位。截至2024年8月，公开专利数量累计达到5544件，远超美国的806件和日本的548件。在前十名的机构中，有七家是中国的。量子计算在大数据分析、网络安全、人工智能、新药研发等领域的应用研究也在不断推进，相关专利数量也在逐步增加。
七、量子计算技术的主要应用领域
（一）国防领域
1、情报分析与处理：现代战争中情报数据海量且复杂，传统计算难以快速处理。量子计算凭借其强大的计算能力，能快速分析卫星图像、通信信号、情报报告等多源数据，精准识别目标、预测敌方行动意图，为军事决策提供有力支持。例如，美国DARPA（国防高级研究计划局）开展的相关项目，利用量子计算技术处理侦察卫星获取的图像数据，将分析时间从传统方法的数小时缩短至几分钟，快速识别出隐藏在丛林中的军事基地，为军事行动提供及时情报。
2、量子加密与通信：传统加密技术在面对量子计算的破解威胁时存在风险，量子加密基于量子力学原理，具有不可窃听、不可破解的特性。利用量子通信技术，军事通信可以实现绝对安全，确保军事机密信息在传输过程中的安全性，防止敌方窃听和篡改。中国的 “墨子号” 量子科学实验卫星实现了千公里级的量子密钥分发，为军事通信提供了安全保障。在某次军事演习中，通过 “墨子号” 卫星建立的量子通信链路，指挥中心与演习部队之间的通信未出现任何被窃听或干扰的情况，保障了演习的顺利进行。
3、武器系统优化与模拟：量子计算可用于优化武器系统设计，如导弹的飞行轨迹优化、战斗机的空气动力学设计等，提高武器性能。同时，通过量子模拟技术，能在虚拟环境中模拟武器的性能和实战效果，减少实弹试验次数，降低研发成本和风险。例如，俄罗斯在新型导弹研发中运用量子计算模拟不同气象条件下导弹的飞行轨迹，优化了导弹的飞行姿态控制算法，使导弹的命中率提高了 20%。美国在战斗机设计过程中，利用量子计算模拟空气动力学，优化了飞机的外形设计，降低了飞行阻力，提升了战斗机的机动性。
4、雷达信号处理：在雷达目标检测和跟踪中，量子计算可以加速信号处理速度，提高雷达对隐身目标、低空目标等的探测能力，增强国防预警能力。例如，量子雷达利用量子特性，能够更敏锐地捕捉到微弱的目标信号，有效提升对敌方隐身战机等目标的探测距离和精度。中国的量子雷达技术在试验中成功探测到数百公里外的隐身无人机目标，相比传统雷达，探测距离提升了 50%以上，大大增强了对隐身目标的防御能力。
（二）金融领域
1、风险评估：传统金融风险评估模型在处理海量复杂数据时存在计算效率瓶颈。量子计算能够利用量子比特的并行计算特性，同时处理多个数据维度，更精准地分析市场波动、信用风险等因素，构建更完善的风险评估模型，帮助金融机构做出更明智的投资决策。
2、投资组合优化：通过量子算法，可以在极短时间内从海量的投资产品和市场数据中，找到最优的投资组合方案，平衡收益与风险，提高投资回报率。
（三）医药研发领域
1、药物分子模拟：在新药研发过程中，理解药物分子与靶点的相互作用至关重要。量子计算能够精确模拟分子的量子力学性质，预测药物分子的活性和副作用，加速药物筛选过程，缩短新药研发周期，降低研发成本。
2、蛋白质折叠预测：蛋白质的功能与其三维结构密切相关，而蛋白质折叠预测是生物学领域的难题。量子计算可通过强大的计算能力，快速准确地预测蛋白质折叠结构，为疾病治疗靶点的发现和药物设计提供关键信息。
（四）交通物流领域
1、物流路径规划：物流配送涉及多个配送点和复杂的交通路况，传统算法在计算最优配送路径时耗时较长。量子计算可以快速处理海量的物流数据，综合考虑交通拥堵、配送时间窗口等因素，生成最优的物流路径规划，提高物流配送效率，降低物流成本。
2、交通流量优化：利用量子计算对城市交通流量进行实时监测和分析，通过优化交通信号灯配时、智能调度公共交通等方式，缓解交通拥堵，提高城市交通运行效率。
（五）人工智能领域
1、机器学习加速：量子计算能够加速机器学习算法的训练过程，特别是对于大规模数据集和复杂模型的训练。例如，在图像识别、语音识别等领域，量子计算可以帮助模型更快地收敛，提高模型的准确性和泛化能力。
2、强化学习优化：在强化学习中，量子计算可以更高效地搜索和探索复杂的决策空间，帮助智能体更快地找到最优策略，提升强化学习在自动驾驶、机器人控制等领域的应用效果。
八、量子技术未来发展趋势
（一）计算能力提升与实用化发展
随着技术进步，量子计算机的量子比特数量将不断增加，计算能力持续提升。谷歌推出的 Willow 量子芯片在量子计算纠错技术上取得重大突破，实现 “指数级降低错误率”，为构建实用型超大型量子计算机奠定基础。未来，量子计算机有望在更多复杂问题上展现出超越经典计算机的优势，从实验室走向更多实际应用场景，如解决复杂的科学计算问题、优化供应链管理等 。专用量子计算目前已率先在金融、医药、化工等多个领域进入场景应用探索阶段，未来其应用范围将进一步拓展，推动各行业的创新发展。
（二）与人工智能深度融合
量子信息技术与人工智能作为当前两大科技风口，未来发展趋势是进一步交叉融合。人工智能有望加速量子计算的研发与应用，例如利用人工智能算法优化量子比特的控制和纠错；量子计算则将提升人工智能的能力，加速机器学习算法的训练过程，解决 AI 算力瓶颈问题，实现更复杂的智能决策和模式识别，推动自动驾驶、智能机器人等领域的发展。
（三）量子通信安全升级与网络拓展
量子通信基于量子力学原理实现理论上无条件安全的保密通信。中国 “墨子号” 量子卫星已实现千公里级量子密钥分发，未来量子通信网络将不断拓展覆盖范围，实现全球组网，为金融、政务、国防等对信息安全要求极高的领域提供更可靠的通信保障。同时，随着量子加密技术的发展，将进一步抵御量子计算对传统加密技术的破解威胁，提升信息传输的安全性。此外，抗量子加密（PQC）技术正快速发展，全球各国重视其研究应用，我国也在积极推进相关标准化工作，预计未来 PQC 将逐渐从政府和军事机构拓展至金融机构、大型科技公司等商业化应用领域。
（四）量子精密测量技术革新
量子精密测量以量子为 “尺子”，实现对物理量的超高精度测量。各国科学家正在积极开发量子超分辨显微镜、量子磁力计等新型测量仪器。未来，量子精密测量技术将在生物医学、地质勘探、基础科学研究等领域发挥重要作用，例如更精准地检测生物分子结构、探测地下资源分布等，推动相关领域的技术革新和科学发现。像英国国防科学技术实验室正在开发该国首个量子钟，其精度极高，预计五年内用于军事监测，这也体现了量子精密测量技术在国防等特殊领域的应用潜力。
（五）产业生态完善与国际竞争合作并存
全球量子产业规模持续增长，2023 - 2028 年年均复合增长率预计达44.8%，到 2035 年量子计算产业总市场规模有望达8117 亿美元。未来，各国将不断完善量子技术产业生态，我国目前量子信息科技企业多集中在整机硬件制造，未来将加强上下游产业链的协同发展，包括上游元器件研发制造以及下游数学建模、操作系统、应用软件等领域 。在国际上，量子技术领域竞争激烈，各国纷纷出台支持计划；同时，也存在国际合作空间，共同攻克技术难题，推动量子技术的全球发展与应用。
九、专利分析的作用
（一）技术创新层面
1、了解技术前沿：通过对量子计算专利的分析，科研人员和企业能够清晰把握全球量子计算技术的最新研究方向和创新成果。例如，在量子比特技术上，通过分析专利可以知晓哪些团队在新型量子比特材料和结构设计上有突破，从而为自身研究提供借鉴和参考，避免重复研究，节省研发资源。
2、启发创新思路：研究大量专利后，能够从不同的技术解决方案中获取灵感，促进技术融合与创新。比如将量子计算与人工智能结合的专利思路，可能启发科研人员在量子算法与机器学习模型结合方面进行新的探索，推动跨领域技术创新。
（二）市场竞争层面
1、评估竞争对手：企业可以通过专利分析了解竞争对手在量子计算领域的技术布局、研发实力和市场策略。例如，分析主要竞争对手的专利申请数量、技术覆盖范围、专利授权情况等，评估其在量子计算市场的竞争力，提前制定应对策略。
2、寻找市场空白：通过专利分析识别出市场上尚未被充分开发的技术领域或应用场景，企业可以抢先布局，开发具有市场竞争力的产品或服务，抢占市场先机。比如在量子计算的特定应用领域，如果发现相关专利较少，企业可以加大研发投入，开发针对性的解决方案，开拓新的市场。
（三）法律风险防范层面
1、避免侵权纠纷：在进行量子计算相关产品研发和市场推广前，专利分析可以帮助企业排查潜在的专利侵权风险。通过对比自身技术与已授权专利，确保产品和技术不侵犯他人的知识产权，避免陷入法律纠纷，降低企业运营风险。
2、保护自身知识产权：企业通过分析专利，可以了解如何更好地保护自己的创新成果。例如，研究同领域专利的权利要求范围，合理设计自己的专利申请内容，提高专利的质量和保护力度，防止他人侵权。
（四）产业政策制定层面
1、引导资源配置：政府部门通过对量子计算专利的分析，了解该领域的技术发展态势和产业需求，合理引导科研经费、人才等资源的配置。例如，如果发现量子通信方向的专利增长迅速且应用前景广阔，政府可以加大对该领域的科研资助，促进产业快速发展。
2、促进产业协同：通过分析专利分布情况，政府可以了解产业链上下游企业在量子计算领域的创新情况，制定政策促进企业间的合作与协同创新，完善产业生态，提升整个产业的竞争力。
