量子计算专利百强榜分析，中美差距从何而来？

光子盒研究院出品
连续两年，知识产权产业媒体IPRdaily与incoPat创新指数研究中心联合发布“全球量子计算技术发明专利排行榜”，榜单也由去年的TOP20扩容为TOP100。
2019年全球量子计算技术发明专利排行榜（TOP20）http://www.iprdaily.cn/article_23125.html2020年全球量子计算技术发明专利排行榜（TOP100)http://www.iprdaily.cn/news_26023.html
2020年是量子计算飞速发展的一年，对比两年的排行榜发现（均截至9月30日），2019年TOP20企业的专利总量为1782件，2020年TOP20企业的专利总量为2728件，较一年前增加946件。自去年9月谷歌宣布“量子霸权”以来，量子计算取得了长足进步。
但由于量子计算门槛较高，因此专利分布较为集中，在今年的TOP100榜单中，除TOP20企业外的专利总量为524件，占TOP100所有专利数量的16%，有66家企业专利数量不足10件。
2020年蓝色部分为TOP20

美国企业占据半壁江山

从国家分布来看，2019年入榜前20名企业主要来自7个国家，美国占比50%，日本占比15%；其次为英国、加拿大各占比10%；中国、澳大利亚和韩国各占比5%。
2019年TOP20企业分布
2020年扩容到前100名，美国、日本仍占据前二，美国占比43%，日本占比14%，中国占比12%，升至前三，其次为加拿大占比7%、英国占比6%、以色列占比4%，澳大利亚和德国各占比3%，法国、芬兰、瑞士各占比2%，韩国、爱尔兰分别占比1%。
2020年TOP100企业分布
2020年TOP100排行榜基本反映了量子计算的全球格局，参与者主要集中于北美、欧洲和亚太地区，美国处于绝对领先的地位。
具体而言，美国科技巨头IBM、微软、谷歌、Intel均是量子计算的重要参与者，加上加拿大的D-Wave，共同构成了第一梯队。虽然D-Wave资金实力不如前述4家，但该公司在量子退火领域有着20多年的研发经验。

科技巨头领跑全球，本源量子领跑中国

在2019年TOP20排行榜中，D-Wave力压群雄，以325件发明专利位列第一，IBM、微软、Intel、谷歌分列2-4位。
2020年，第一梯队的排名略有变动，IBM以554件专利反超D-Wave位列第一，谷歌反超微软占据第三，美国军工企业Northrop Grumman从上年的第六升至第五，Intel则掉到了第六。以上六家公司专利总量从1262件增加至2018件。
截至2020年9月30日专利排名
蓝色巨人IBM向来是专利大户，自1920年以来IBM已获得超过14万件美国专利。2019年IBM凭借在人工智能、区块链、云计算、量子计算和安全领域的创新，连续27年蝉联美国专利榜首，全年9262件美国专利，创下新的记录。
根据IPRdaily的数据，2019年9月30日至2020年9月30日，IBM量子计算专利净增加了319件，增加数量次之的是谷歌，净增加了195件。
过去一年，IBM动作不断，目前已经部署了22台量子计算机，此外还计划在日本、德国各部署一台。2020年8月，IBM在其27量子比特系统上实现了64量子体积，这是IBM迄今为止最高的量子体积。
谷歌自去年9月宣布“量子霸权”后，还未推出新的硬件。2020年3月，谷歌宣布推出量子机器学习开源库TensorFlow Quantum。这一开源库集成了谷歌之前开源的量子计算框架Cirq和机器学习框架TensorFlow。
两大巨头是超导量子计算机的主要推动者，根据新的技术路线图，IBM将分别在2021年和2023年突破100和1000量子比特，最终通往100万量子比特。谷歌也提出了将在2029年实现100万量子比特。
2020年，在硬件方面更加大放异彩的是以霍尼韦尔、IonQ为代表的离子阱技术，今年6月霍尼韦尔推出的离子阱量子计算系统HØ是全球第一台实现64量子体积的硬件，3个月后又实现了128量子体积。
更加值得一提的是，IonQ时隔近两年后发布了新的硬件，在一台32量子比特的机器上，预期实现超过400万的量子体积。在IPRdaily的专利排行榜上，从去年的榜上无名升至第16名。
同样名次提升较多的还有中国的本源量子，去年以36件专利排在第12名，今年则以77件专利排在第7名，是连续两年上榜企业中名次提升最多的。
本源量子团队自主研发的6位超导量子计算机——悟源已经上线量子计算云平台，全球用户可以在线体验来自中国的量子计算服务。在控制系统方面，本源量子成功研发完全自主知识产权的32位量子测控一体机Origin Quantum AIO。
软件方面，去年9月推出了量子化学应用系统ChemiQ，今年基于自主研发的量子编程框架QPanda与量子编程语言QRunes，本源量子开发出了复杂网络排序应用、手写数字识别应用、用户偏好行为预测应用等三款典型的量子计算编程应用，均已内置于云平台中。
今年10月，空客全球量子计算挑战赛公布5个团队进入决赛，本源量子成为唯一晋级决赛的中国团队，展现了自己在软件方面的能力。

13家中国公司入选

从2019年TOP20到2020年TOP100，我们看到了更多中国公司入选，中国专利占比从5%增加为12%。TOP100中有13家中国公司，共计153件发明专利。除本源量子外，百度以17件发明专利位居第26名，阿里巴巴、华为、浪潮分别为第30-32名。
截至2020年9月30日中国企业专利
近年来BAT和华为虽然都有量子计算布局，但还没有一台量子计算机面世。不过百度、华为、阿里巴巴都有各自的量子计算云平台，分别是量易伏、HiQ、阿里云量子开发平台(AC-QDP)。
此外，百度拥有旨在打通量子软件层和硬件层脉冲计算系统——量脉以及国内首个量子机器学习开发工具——量桨（Paddle Quantum）；阿里巴巴拥有量子电路模拟器太章；华为则拥有HiQ量子计算模拟器及开发者工具。
值得注意的是，以国盾量子为代表的几家量子通信公司也榜上有名，国盾量子在今年下半年推出了ezQTM Engine超导量子计算操控系统，这套系统来自中科大超导量子朱晓波团队。

差距从何而来？

仅从专利角度来看，我们能清晰地发现，2020年是量子计算发展速度最快的一年，同时发展也是不均衡的，第一梯队（IBM、D-Wave、谷歌、微软、Intel等）遥遥领先，而身后的量子计算新贵Rigetti、IonQ、霍尼韦尔也来势汹汹，这些企业大多都来自美国。
在量子计算领域，美国视中国为最大对手，同时美国也是中国需要追赶的对象。
但是与美国相比，中国量子计算的企业参与度较低，美国专利主要来自企业，中国专利则以科研院校为主，这就是为什么在企业层面中国看起来与美国差距很大。
根据中国信通院的统计，近年来中国量子计算专利申请趋势是快于美国的，区别在于美国有80%的专利来自企业，中国企业仅有50%左右，其他专利主要来自科研院校。这就导致了中国从研发转化为产品的能力弱于美国。
来源：信通院
因此，中国发展量子计算必须注重产品转化能力，考虑到最终用户的需求，千万不能让量子计算束之高阁。
量子计算公司与应用客户合作研发产品，在国外早有先例，比如渣打银行试图探索量子计算在金融领域的应用，并与D-Wave开展合作。目前仍在进行中的空客量子计算挑战赛也是围绕航空领域的需求开展的。
在这种模式下，量子计算公司的能力完全由下游应用企业来评判。那么，我们可否借鉴这种模式，在量子计算相关研发的过程中，强调应用企业的话语权。比如，将应用企业等用户纳入项目立项，评审和结题验收等环节，紧紧抓住应用需求的牛鼻子，让用户作为最终裁判员。
虽然中国也不乏世界500强企业，但大多数企业对量子计算的认知还不够，目前国内量子计算领域开展了一些产业合作，比如本源量子与瀚海博兴生物、建信金融科技等，但还远远不够。
因此，势必需要加大国产量子软件的研发和推广力度，培养安全可控量子软件的使用习惯和用户养成，在量子计算公司与应用企业之间形成良性互动。
尽管量子计算还在早期阶段，但IBM已经建立了拥有100多个成员的量子计算联盟，有了产业联盟就能构建安全可控的量子计算制造链，应用生态链和人才培养链。在国内本源量子也建立了量子计算联盟，虽然规模较小，但为中国量子计算今后的发展做了示范。
未来已来！量子科技特别是量子计算的研制和应用推广关系未来国家核心竞争力，总书记的讲话为该领域的发展指明了方向。量子科技正处于从科学研究向技术发展跨越的阶段，需要学术界和企业界齐心协力，实现新的突破。
-End-
1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。