305期
2022 年 03 月 23 日
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量子科技專利布局:又是中國 No. 1?
李淑蓮╱北美智權報 編輯部

看到此篇的標題,讀者可能會覺得很奇怪:為什麼要加上一個問號?

北美智權報在過去刊期中,曾經做過不少不同技術領域的專利調查報導,當中許多高新科技,包括5G、6G、AI、稀土、第3代半導體……等等,中國在專利數量上都位居榜首;這次調查量子科技專利,看完初步資料時,發現中國在此領域的專利數居然又是排行第一,不禁驚訝的置疑。另一方面,提到中國在某些領域專利數量居首時,都有不少人置疑:「數量多不代表什麼,品質又如何?」因此,標題加上問號的第二個目的,是置疑中國在量子科技專利布局方面除了數量第一名外,品質是不是也同樣No.1?


圖片來源 : shutterstock、達志影像

為了寫這篇調查報導,筆者查閱了幾份近年的量子科技專利調查報告,發現中國雖然在整體量子科技專利數量上遙遙領先,但在一些個別領域中,仍有很大的成長空間。像在量子運算(Quantum Computing)的領域,美國專利量大大超越排行第二的日本(14%)及排行第三的中國(12%),以占比43%高據榜首。[1]另外,在太空量子科技專利的領域,中國與美國可以說是在伯仲之間,美國略勝一籌,但中國在短期內有望超越。[2][3]

分類介紹

據Relecura Technologies Pvt. Ltd.於2021年出版的專利調查報告「Quantum Technologies: A Review of the Patent Landscape」(下稱《報告》)指出,一些專家將量子技術分為兩個世代。第一代包括基於量子力學原理工作的晶體管、雷射激光等;第二代包括量子電腦、量子通信等。本文要介紹的《報告》都是關於第二代量子技術的。

量子技術是一個總稱,其涵蓋的技術領域很廣,且每天都在尋找新的應用。隨著大數據分析和機器學習的進步,我們可以比較輕鬆的全面分析量子技術的專利佈局。《報告》審視了過去五年內 (2015-2020)在量子科技領域提交的 44,394 件專利,這些專利是利用 Relecura 專利數據庫的綜合查詢獲取的。

《報告》將量子科技的重要技術分3大類,分別為(1)奈米科技:量子點(quantum dot)、(2)量子運算:量子退火技術(Quantum Annealing)、錯誤校正(Error Correction)、以及(3)量子密碼學:量子密鑰分發(Quantum Key Distribution)。另外有2個技術領域:超導體器件及量子傳感也被納入討論。從圖1可見,很多專利覆蓋2種或2種以上的技術領域。其中,大部分的專利落在奈米科技和電氣元件領域;而量子運算、量子通信和量子密碼學則是幾乎每2個領域之間都有對稱的重疊面積。

圖1. 量子科技於不同技術領域中之專利數量

資料來源:Quantum Technologies: A Review of the Patent Landscape,Mathew Alex, Relecura Technologies Pvt. Ltd.,February 10, 2021

國家排名

《報告》顯示,截至2020年底,中國在量子技術的專利數量占主導地位,除了量子運算外,在其餘每一領域中所擁有的專利數量都是排名第2的美國的數倍。雖然在量子運算的領域,美國及中國只差數百件專利,但中國仍是該領域的榜首。(見圖3)

圖2. 各主要國家量子科技專利數量統計

資料來源:Quantum Technologies: A Review of the Patent Landscape,Mathew Alex, Relecura Technologies Pvt. Ltd.,February 10, 2021

圖3. 各主要國家在不同量子科技領域之專利數量統計

資料來源:Quantum Technologies: A Review of the Patent Landscape,Mathew Alex, Relecura Technologies Pvt. Ltd.,February 10, 2021

專利品質調查

文章一開始提到,除了專利數量外,專利品質也很重要。因此《報告》採用了Relecura 星級評級(star ratings)來對所有統計的專利作出評分,這是一種客製化的評分系統,它考慮了關鍵專利參數,如前向和後向引用、地理位置和專利家族價值等。評分範圍從 0 到 5,增量為 0.5。結果發現中國專利的最高評分為 3.5,而美國的專利最高評分為5。星級的《報告》正態分佈可見圖4。

《報告》指出,由此可以證明美國專利更具價值。大約 68%的正態分佈集中在與平均值的標準差距離內。美國專利為 1.37 至 2.81,中國為 1.13 至 2.27。決定專利重要性的關鍵因素之一源自其前向引用。分類中的 8,935 件美國專利佔 71,755 次前向引用,而 23,360 件中國專利中只有 44,612 次前向引用。

圖4. 符合正態分佈的美國和中國專利的星級分佈圖

資料來源:Quantum Technologies: A Review of the Patent Landscape,Mathew Alex, Relecura Technologies Pvt. Ltd.,February 10, 2021

表1是這次量子科技專利調查中,引證數前20件專利。其中排名17是台積電的專利,不過是用美國公司名義申請的美國專利。

表1. 量子科技專利調查中,引證數前20件專利(以PageRank排行)

編號 

公開號

標題

引證數

PageRank x 108

國家碼

Assignee

1

US9199842B2

Quantum dot films, lighting devices, and lighting methods

700

124623

US

Nanosys Inc

2

US9037247B2

Non-invasive treatment of bronchial constriction

301

106395

US

ElectroCore LLC

3

US9049010B2

Portable data encryption device with configurable security functionality and method for file encryption

297

104505

US

Spyrus Inc

4

US9000353B2

Light absorption and filtering properties of vertically oriented semiconductor nano wires

527

98960

US

Harvard College,  Zena Technologies Inc

5

US9430078B2

Printed force sensor within a touch screen

291

95658

US

Google Technology Holdings LLC

6

US9019595B2

Resonator-enhanced optoelectronic devices and methods of making same

497

89690

US

VerLASE TECHNOLOGIES LLC

7

US9115348B2

Endoribonuclease compositions and methods of use thereof

351

88545

US

University of California

8

US10000788B2

Rapid and sensitive detection of molecules

254

85708

US

First Light Diagnostics Inc.

9

US9899123B2

Nanowires-based transparent conductors

255

84708

US

Cambrios Film Solutions Corp

10

US9666702B2

Advanced heterojunction devices and methods of manufacturing advanced heterojunction devices

342

81985

US

--

11

US10572684B2

Systems and methods for enforcing centralized privacy controls in de-centralized systems

223

77716

US

ANONOS Inc.

12

US8927968B2

Accurate control of distance between suspended semiconductor nanowires and substrate surface

217

75789

US

Global Foundries US Inc.

13

US9457139B2

Kits for systems and methods using acoustic radiation pressure

186

62477

US

Life Technologies Corp

14

US9178123B2

Light emitting device reflective bank structure

337

59275

US

Apple Inc.

15

US9232618B2

Up and down conversion systems for production of emitted light from various energy sources including radio frequency, microwave energy and magnetic induction sources for upconversion

178

58059

US

Immunolight LLC Duke University

16

US8932940B2

Vertical group III-V nanowires on si, heterostructures, flexible arrays and fabrication

210

56184

US

University of California

17

US9006704B2

Magnetic element with improved out-of-plane anisotropy for spintronic applications

248

53328

US

Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd

18

WO2009039854A8

MHC multimers in tuberculosis diagnostics, vaccine and therapeutics

145

51330

WO

--

19

US9590089B2

Variable gate width for gate all-around transistors

162

50451

US

Sony Corp

20

KR101635835B1

Coating method with colloidal graphine oxides

140

49776

KR

--

資料來源:Quantum Technologies: A Review of the Patent Landscape,Mathew Alex, Relecura Technologies Pvt. Ltd.,February 10, 2021

專利權人排名

在整個量子科技專利統計中, 排名比較高的多是大企業,不管是技術研發或是產品開發都相當多樣化。在前十大專利權人中,美國公司有4家(Alphabet、IBM、Intel 及Northrop Grumman),3 家中國公司(京東方、中科院和 TCL),2 家韓國公司(三星和 LG),以及 1 家日本公司(東芝)。

其中美國公司的技術幾乎集中在量子運算上,從他們對半導體行業的大量投資到奈米技術的研發投入可見一斑。 Alphabet 的 505 件專利中的435 件和 IBM  876 件專利中的 700 件屬於量子運算。至於Intel也擁有459件奈米技術專利和 280 件量子運算專利;值得一提的是,Intel正與荷蘭的QuTech 合作構建量子處理器。此外,Northrop Grumman是世界上最大的國防技術供應商之一,也是著名的 B-2 隱形轟炸機的製造商,該公司正積極探索新的顛覆性量子技術,其專利組合集中在量子運算(283 件專利)和超導器件(388件專利)。

在中國的部分,TCL 公司(於2016 年至 2020 年為blackberry黑莓手機的製造商)主要生產手機顯示面板,在 QLED(704 件專利)和製造技術(528 件專利)方面申請了大量專利。京東方是全球最大的 LCD、OLED 和柔性顯示器(flexible displays)生產商之一,擁有434 件製造技術專利和 570 件QLED 專利。而中國科學院是前10大專利權人中唯一的學術機構,在量子技術方面分佈平均,幾乎在所有技術領域都擁有專利。

韓國LG 比較傾向於半導體設備和奈米技術,其主要業務是消費電子產品,而另一家韓國企業三星也顯示出類似的申請趨勢,幾乎所有的專利都屬於奈米技術。最後,儘管日本東芝以消費電子產品聞名,但其業務其實很多樣化,已涵蓋包括量子密碼學等 IT 解決方案;東芝在量子運算、通信和密碼學方面擁有數百件專利。

圖5. 量子科技前10大專利權人

資料來源:Quantum Technologies: A Review of the Patent Landscape,Mathew Alex, Relecura Technologies Pvt. Ltd.,February 10, 2021

圖6. 量子科技的奈米科技領域中前5大專利權人

資料來源:Quantum Technologies: A Review of the Patent Landscape,Mathew Alex, Relecura Technologies Pvt. Ltd.,February 10, 2021

圖7. 量子科技的量子運算領域中前5大專利權人

資料來源:Quantum Technologies: A Review of the Patent Landscape,Mathew Alex, Relecura Technologies Pvt. Ltd.,February 10, 2021

圖8. 量子科技的量子密碼學領域中前5大專利權人

資料來源:Quantum Technologies: A Review of the Patent Landscape,Mathew Alex, Relecura Technologies Pvt. Ltd.,February 10, 2021

 

備註:

 

作者: 李淑蓮
現任: 北美智權報總編輯
學歷: 文化大學新聞研究所
經歷: 北美智權報主編
半導體科技雜誌(SST-Taiwan)總編輯
CompuTrade International總編輯
日本電波新聞 (Dempa Shinbun) 駐海外記者
日經亞洲電子雜誌 (台灣版) 編輯

 

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