2023年量子模拟洞察力报告

洞察力报告 June 2023 执行摘要 本报告是欧洲专利局（EPO）发布的第八份专利洞察报告，也是第四份与量子技术相关的报告。1其目标在于概述第二代（2G）量子模拟技术领域的重要专利趋势。 EPO 专利洞察报告量子模拟简而言之 ： —在过去十年中 ， 第二代量子模拟领域的发明数量成倍增加 —总体来说 ， 增长率高于所有技术领域—针对所讨论的技术及跨国商业化策略，国际专利申请的比例较高，表明对相关技术存在高经济预期。—在量子模拟领域最活跃的专利申请者为公司。其中，大多数位于美国，随后是加拿大、欧洲、中国和日本。一些美国的大学也扮演了重要角色。 报告总结了欧洲专利局（EPO）的主题专家和专利知识专家共同执行的专利分析的结果。为了这项研究，从EPO全球专利数据数据库中获取的公开可用专利信息进行了分析。专利信息构成了一种非常丰富的技术信息来源，这些信息基于申请人的商业预期，用于寻求专利保护的发明。专利信息通常包含来自任何其他来源不可获得的技术和其他信息。 本报告可能作为量子模拟信息来源有所帮助。基于本报告的方法论可以自由使用，即每个人都可以根据自己的需求调整所选的搜索和分析方法，例如跟踪其他成熟或新兴技术领域的趋势和发展。 量子模拟领域的专利申请者主要依赖以下几种专利申请途径：可能为全球超过150个国家提供专利保护的国际专利申请、美国申请、日本申请、欧洲专利局（EP）申请、中国申请以及加拿大申请。国际专利申请比例之高可能被视作专利申请人对所涉技术有显著的经济期望，以及相应的跨国商业化策略的体现。 尽管在2G量子模拟领域的发明数量仍然相对较低，但在过去十年中，其增长速度明显高于整个技术领域普遍观察到的增长率。下一页的图表显示了与2G量子模拟技术相关的所谓国际专利家族的数量以及所有技术领域在基础发明首次公开并可能影响竞争对手和其他研究人员活动的年份时的数量。 在2G量子模拟技术领域中，按最早出版年份计算的国际专利家族中的发明数量，仅限于国际专利家族。国际专利家族将至少两个专利机构发布的相关或类似发明的专利文件归集在一起。通常认为，专利申请人对这些专利家族的基础发明具有更大的经济潜力，并倾向于从地理角度寻求更广泛的商业化。 在2G量子模拟领域最活跃的申请者主要是公司。其中大多数位于美国，其次是加拿大、欧洲、中国和日本。例外的是少数美国的大学，如马里兰大学和哈佛大学。自2004年以来，最活跃的申请者名单以谷歌为首，紧随其后的是IBM。当详细观察过去几年的发展情况时，情况变得更加复杂。将2010年代与2020-2021年的时期进行比较。尽管谷歌、IBM和微软在这两个时期都处于领先地位，但其他申请者的差异显著，这表明该领域的研究和开发活动出现了重组。 鉴于量子模拟领域的高增长势头，欧洲专利局（EPO）计划在未来更新此报告，并深入探讨量子模拟领域细分行业的发展与多样化情况。 执行摘要 02 缩写 05 词汇表 06 1. Introduction 07 071.1 关于本报告 081.2 量子模拟简介 2. 所用专利信息的方法和来源 12 122.1 使用专利信息 122.2 本 EPO 专利洞察报告的方法论 132.3 专利检索 2.3. 1 使用的数据来源和工具14 3. 分析 15 4. 结论与展望 28 附件 29 缩写 词汇表 1.1 关于本报告 由大量活跃公司推动，包括领先科技企业和资助计划。欧盟委员会设立的量子旗舰计划（Quantum Flagship initiative）就是一个重要示例，它对量子技术的研究和商业化做出了重大贡献（见图1），值得关注。 本报告是欧洲专利局发布的第八份专利洞察报告，也是与量子技术相关的第四份报告。2它总结了欧洲专利局（EPO）的主题专家和专利知识专家共同进行的量子模拟领域的专利分析结果。 本报告旨在概述第二代量子模拟技术领域的重要专利趋势。3为了本次研究，我们分析了来自欧洲专利局全球专利数据数据库的公开可获取专利信息。 量子模拟技术正动态发展，成百上千篇科学和技术出版物以及对众多发明的专利保护寻求，这一发展势头正在被推动。 图 1 量子旗舰倡议 量子旗舰计划中心的活动主要集中在以下几个核心领域：基础量子研究、量子计算、量子模拟、量子计量与传感，以及量子通信。 2018年启动的量子旗舰计划是欧洲联盟设立的最大且最具雄心的研究项目之一。其目标是在量子技术领域巩固并提升欧洲的科学卓越性和领导地位。该计划汇集了超过5000名科学家、工程师、企业家和政策制定者。 考虑到量子旗舰计划以及量子技术对欧洲社会和经济的重要作用，欧专局已开发了一系列与该倡议主要议题相一致的欧专局专利洞察报告，以深入探讨量子技术。 在超过10年的时期内，利用超过1亿欧元的预算，该倡议旨在强化欧洲在量子技术领域的领导地位。为此目的，它设有以下目标： —培育有竞争力的欧洲量子产业 —扩大量子研究领域的科学卓越 一旦发布 ， 这些报告和补充信息将在 epo. org /insight - reports 上提供。 —使欧洲成为对量子技术企业和投资有吸引力的地区—利用量子技术为重要挑战提供更优解决方案，例 如在环境、健康和数据安全等领域。 关于2G量子技术以及这些技术与早期发展之间的差异的更多信息，请参阅J.P. Dowling和G.J. Milburn在《皇家学会哲学杂志A》2003年第361期的论文“量子技术：第二次量子革命”，页码为1655-74。 关于EPO专利洞察报告的更多详情以及当前可用报告列表，请访问epo.org/insight-reports。 信息基于申请人的商业预期，用于寻求专利保护以发明新技术。专利信息通常包含无法从其他任何渠道获取的技术和其他信息。 在过去二十年中，对量子技术的研究取得了显著进展，使得其能够在跨学科的应用研究领域实施，并进而实现工业化。预计，在短期内，根据它们的性质，量子技术将融入主要行业成为重要组成部分。45 为了收集本报告所需的相关专利信息，我们制定了采用有意义关键词和适当专利分类符号的搜索策略。这些旨在在保持完整性和尽量减少结果集中的无关文档之间取得平衡的搜索策略，随后被用于从欧洲专利局（EPO）的全球专利数据数据库中创建一个适合的专利文件基本数据集。这一基本数据集构成了后续专利分析的基础。 量子技术将对许多技术领域和行业部门产生影响。一个受到特别关注的领域是量子计算。这不足为奇，因为这项技术在许多技术领域如药物开发和材料研究等方面承诺带来重大进展。6量子计算正在日益动态地发展，吸引了大量活跃公司和资助项目，如国家及国际层面的量子旗舰计划。 本报告可能作为量子模拟信息来源具有帮助性。其所依据的研究方法可自由使用，即每个人都可以根据自身需求调整所选的搜索和分析策略，例如追踪其他成熟或新兴技术领域的趋势和发展。 量子旗舰计划所涉及的其他领域包括量子通信，这有可能为安全的IT架构提供应用，并且还包括测量学和传感技术，预计这将导致性能更优的传感器和测量设备。7 1.2 量子模拟简介 自古以来，量子效应，如赋予日常材料颜色的效应，在人类生活中扮演了重要角色，但直至19世纪，这些量子效应及其物理基础才成为研究的核心关注点。随着本世纪末量子物理学的建立，人们得以在原子尺度上精确描述物质和电磁辐射，如可见光。 特定领域的一个兴趣点是量子模拟。量子模拟是在受控条件下通过另一个系统来模拟复杂量子力学系统的模式，以此系统地研究和预测所模拟系统的行为。 量子模拟与可通用编程量子计算相区别，后者利用量子现象进行计算。与可通用编程量子计算机中发生的情况相反，量子模拟器中单个元素之间的关系和交互由硬件结构决定。盒1通过专利文件中披露的两个发明实例来说明量子模拟器的本质特性。 现代生活中成为不可或缺的一部分的众多技术皆基于这些成就之上。例如，激光与半导体已成为几乎所有电子设备和工具的固定组成部分。难以想象没有手机或计算机的生活。 目录 | 执行摘要 | 1. 引言 | 2. 方法论 | 3. 分析 | 4. 结论 | 附件这些技术属于第一代量子技术 ， 始于 20 年代中期th世纪。新一代量子技术的兴起引起了极大关注。通过精确控制单个或少数几个粒子的量子物理属性及其行为，这一发展为各个领域带来了前所未有的机遇和挑战。从量子计算到量子通信，再到量子传感，量子科技的创新正在推动科学和技术的边界。这些技术的潜在应用不仅限于科学研究，还可能彻底改变加密、安全通信、药物发现、材料科学以及复杂系统建模等领域。然而，尽管前景诱人，量子技术的发展仍面临诸多挑战，包括量子系统的稳定性、可扩展性、以及实际应用的实现。因此，持续的研究和开发对于确保量子技术的潜力转化为现实世界的影响至关重要。 4 参见《量子宣言 ： 技术的新时代》 ， 2016 年5 参见 A. M. Lewis 等人 ， “量子技术 ： 含义 ”欧洲政策。辩论的问题 “， 2016 年。6 参见 EPO 关于量子计算的专利洞察报告有关该领域专利申请趋势的详细概述。7 请参阅 EPO 关于量子计量和了解有关该领域专利申请趋势的更多信息。 本专利申请展示了一种多芯片处理器，其包含集成电路的不同部分之间的连接。此连接适用于在量子信息处理单元的不同部分之间进行一致的量子信息传输。 EP1672569A1:一种执行模拟遗传算法的量子算法的方法 本专利申请提出了一种遗传算法，用于在量子信息处理设备上执行。其中一种设备被描述为算法的硬件实现，即根据本报告所用定义的量子模拟器。 在本专利申请中，量子模拟被提及为潜在的应用领域之一，与其他如可自由编程的量子计算等量子信息处理方式并列。 专利申请展示了成功实施量子模拟时在硬件层面需要克服的挑战。所提出的发明解决了相关技术发展初期就出现的基本问题，这些问题是量子模拟器物理实现中面临的主要障碍。 专利申请展示了量子模拟在不同可能实现方式的算法层面被考虑的情况，但并未详细描述硬件。再次强调，专利申请者明确提及量子模拟，表明他们对这项技术的认识及其商业兴趣。 专利申请还展示了量子模拟与其他几种共享类似处理问题的量子信息处理之间的相互关系。专利申请人在这一背景下明确提及了量子模拟，这表明申请人对量子模拟的商业兴趣。 方框 2 ： 量子模拟领域的欧洲专利制度和发明 量子模拟的技术特性，作为特定类型的模拟，可以通过输入或输出端与外部物理实体的交互来建立。这种技术特性也可能通过模拟的具体实现来建立，包括硬件实现，或者通过模拟数据的预期技术用途。相比之下，反映系统或过程（在量子模拟器中仅以模型形式存在）的实际状态或行为的计算数值数据通常无法为发明的技术特性做出贡献，即使它能充分反映真实系统或过程的行为。 量子模拟领域的欧洲专利制度和发明 欧洲专利体系允许基于单一申请获得欧洲专利，这些专利在欧洲专利公约（EPC）的最多39个成员国范围内有效。1欧洲专利在每个授予它们的国家与国家专利具有相同的法律效果。截至2023年，对于已授权的欧洲专利（EP专利）可以请求单一效力，这将为欧洲联盟最多25个成员国提供统一的专利保护。 欧洲专利由欧洲专利局通过一个中心化的、成本效益高且节省时间的程序授予，该程序以英语、法语或德语进行。 所申请专利的对象的技术或非技术性质的特性，在评估创新性步骤时也起着作用。申请人不能仅依赖非技术特征来建立创新性步骤，但这些特征可以用于制定评估创新性步骤时所使用的客观技术问题。 每项专利申请在获得欧洲专利前均需经过实质审查，以确保所寻求专利保护的发明符合EPC中列出的所有法律要求。如果一项技术发明在所有领域（不论其为新技术、具有创新性步骤且可工业应用）满足新颖性、具有创造性突破以及可进行工业化生产或使用的要求，则会授予专利权。即使是在量子模拟领域的发明也不例外，它们同样需要满足上述所有要求。 欧洲专利局审查指南中提供了更多与评估涉及欧专局下模拟相关发明有关的信息。2以及上诉委员会的判例法。3 针对模拟