Квантовый компьютер — вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики (квантовая суперпозиция, квантовая запутанность) для хранения, передачи и обработки данных. Квантовый компьютер (в отличие от классического) оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами, значения которых представляют собой вектор — суперпозицию 0 и 1. Теоретически это позволяет обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая существенного преимущества (квантового превосходства) над обычными компьютерами в ряде алгоритмов. Мы уже писали на Хабре про историю создания квантовых компьютеров здесь и тут. В этой статье мы рассмотрим, что творилось с патентами на квантовые компьютеры за последние 20 лет. 

Патенты можно за последние 20 лет

Поиск по Google.patents по термину The quantum computer дал более 100 000 патентных документов. 

В системе международной патентной классификации классы патентов следующие:

• компьютерные системы, основанные на специфических вычислительных моделях G06N — 78%;

• обработка цифровых данных с помощью электрических устройств G06F — 36,4%;

• использование наноструктур B82Y — 33,3%;

• термоэлектрические устройства H10N — 16,3%;

• передача цифровой информации H04L — 14,4%.

Видно, что в топе компьютерные системы, основанные на специфических вычислительных моделях.

Лидеры патентования по всем годам следующие:

• D‑Wave Systems Inc. — 7,9%;

• Google Llc — 5,6%;

• International Business Machines Corporation — 4,7%;

• Microsoft Technology Licensing, Llc — – 3,6%;

• Rigetti & Co, Llc — 2,4%.

Также мы сделали разбивку по годам за 2005-2025** гг. по запросам The quantum computer Published 2025 и т.п. (таблица 1). **8 мес.

Таблица 1: Динамика патентования изобретений по квантовым компьютерам в мире в 2005-2025 гг.

Источник: автор по Google.patents

Важна тенденция: в 2005-2020-х лидировали западные компании, в основном из США и Финляндии, а в 2021-2025 гг. активно проявил себя Китай.

А что в России?

В базе ФИПС по запросу в реферате «Квантовый компьютер» 24 релевантных патента РФ на изобретения (из них 3 недействующих из-за неуплаты пошлины). Динамика представлена на рис.1.

Рисунок 1: Динамика патентования изобретений РФ по квантовым компьютерам в 2005-2025 гг.

Приведём примеры российских изобретений:

№2795245 (2023) H04L 9/08 Демонстрационный симулятор системы квантового распределения ключа. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (Катамадзе Константин Григорьевич). Использование: для демонстрации базовых принципов системы квантового распределения ключа (КРК), а также для обучения основам квантовой информатики на примере поляризационного кубита. 

№2813708 (2024) G06N 10/00 Волоконно-оптический квантовый компьютер (варианты) волоконно-оптический квантовый компьютер (варианты). Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского. Технический результат заключается в уменьшении уровня поляризационных амплитудно-частотных шумов в оптическом квантовом процессоре. 

№2813743 (2024) H10N 60/0912 Способ изготовления сверхпроводниковых кубитов с отжигом фокусированным ионным пучком. Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана. Изобретение относится к системам на основе тонкопленочных джозефсоновских переходов, и может быть использовано для точной подстройки резонансной частоты сверхпроводниковых кубитов. 

Имеются два патента китайской компании Ориджин Квантум Компьютинг Текнолоджи (Хэфэй) Ко., Лтд., например, №2831759 (2024) Квантовая схема, квантовая микросхема и квантовый компьютер. Квантовая схема включает в себя кубиты, причем соседние кубиты связаны и каждый из кубитов включает в себя первый конденсатор, причем первая сторона первого конденсатора заземлена; второй конденсатор, причем первая сторона второго конденсатора и первая сторона первого конденсатора являются совместно заземленными; и первое устройство, включающее в себя первый СКВИД и третий конденсатор, которые соединены параллельно, причем параллельно соединенные первые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора подсоединены ко второй стороне первого конденсатора, а параллельно соединенные вторые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора подсоединены ко второй стороне второго конденсатора.

Основными патентообладателями являлись вузы; среди указанных выше это ещё Государственный университет просвещения (Москва), Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, Новосибирский государственный технический университет, Рязанский государственный радиотехнический университет, Иркутский национальный исследовательский технический университет, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.

Научно-исследовательских центра три: Физико-технологический институт имени К.А. Валиева РАН, Институт прикладной физики РАН и Сколковский институт науки и технологий. Среди патентообладателей два предприятия: ООО «Научно-инновационное коммерческое агентство «Тотарм» и ООО «Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий».

Патентов РФ на полезные модели квантовых компьютеров в базе ФИПС числится четыре ед.:

• №119479 (2005) Квантовый компьютер. Кузилин Алексей Александрович (Москва). Квантовый компьютер содержит более 100 электронно-вычислительных компьютеров , выполненных с возможностью использования кубитной логики в программах и объединенный единой сетью в суперкомпьютер, выполненный с возможностью распараллеливания операций. Патент перешёл в общественное достояние. 

• №160901 (2016) Светоизлучающее устройство. Новосибирский государственный технический университет. Предлагаемая полезная модель служит для создания светоизлучающего устройства на основе кремния с гладкой морфологией поверхности и с возможной реализацией в промышленном производстве. Устройство может быть использовано в квантовых компьютерах. Патент перешёл в общественное достояние. 

• №208668 (2021) Квантовый компьютер. Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина. Модель представляет собою квантовый компьютер, содержащий генератор воздействующих на кубиты импульсов, квантовый регистр состояния, квантовый процессор, устройство для измерения состояния кубитов, дополнительно введены блок ввода информации, блок внутренней памяти, блок проверки правильности решения задачи и блок вывода данных, а в варианте реализации при решении задачи факторизации блок проверки правильности решения задачи содержит схему перемножения простых чисел, схему сравнения и схему коммутации.

• №219070 (2023) Поляритонный оптический поляризатор. Санкт-Петербургский государственный университет. Полезная модель может применяться для создания оптоэлектронных и спинтронных приборов нового поколения, включая квантовые компьютеры, а также в широкой области исследования электронных и спиновых процессов методами оптической спектроскопии. Полезная модель отличается от, например, электрооптических модуляторов поляризации света повышенной частотой модуляции вплоть до субнаносекундного диапазона с одновременным повышением монохроматичности излучения.

Имеется два свидетельства о регистрации топологий интегральных схем, оба оформлены на ООО «Совместное предприятие «Квантовые технологии» (дочка ГК «Росатом»):

• №2024630283 Топологии интегральной схемы СПУ для СКП-2. Интегральная схема сверхпроводникового параметрического усилителя (СПУ) предназначена для усиления СВЧ сигналов дисперсионного считывания состояний сверхпроводниковых кубитов в квантовых компьютерах. 

• №2024630285 Топология интегральной схемы СКП-3. СКП-3 может применяться в квантовом компьютере и предназначена для выполнения логических операций, необходимых для вычислений или хранения информации на основе сверхпроводниковых кубитов. СКП-3 позволяет выполнять однокубитные и двухкубитные вентильные операции, а также обеспечивать связь между всеми кубитами. 

Зарегистрировано несколько десятков программ для ЭВМ относительно квантовых компьютеров, например:

• №2023684143 Программный комплекс для оценки эффективности использования квантового сопроцессора в составе вычислительной системы. Институт электронных управляющих машин им. И.С. Брука. Программа содержит набор квантовых гейтов для создания квантовых схем, позволяет подключать прототипы квантовых компьютеров, моделировать декогеренцию квантовых состояний. Результатом работы программы является гистограмма распределения состояний кубитов, а также количественные оценки эффективности выполнения алгоритма. 

• №2023669667 Вычисление времени однокубитных и двухкубитных гейтов в ионном квантовом компьютере. ООО «Совместное предприятие «Квантовые технологии» (дочка ГК «Росатом»). 

• №2024685442 Программа для расчёта кусочно-линейных лазерных импульсов для выполнения двухкубитных гейтов в ионном квантовом компьютере. ООО «Совместное предприятие «Квантовые технологии» (дочка ГК «Росатом»). 

Заключение

Квантовые компьютеры это не массовая электроника. Правительство РФ в 2020 году утвердило дорожную карту «Квантовые вычисления». Одна из ее целей – создание квантового вычислителя мощностью не менее 50 кубитов. Эту задачу реализуют несколько научных групп, развивающих прототипы на разных технологических платформах: нейтральных атомах, ионах, сверхпроводниках и фотонах. Из открытых источников известно о практических наработках в ГК «Росатом», Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН, МГУ, других вузах, малых инновационных предприятиях. 

Например, в МГУ созданный вычислитель основан на одиночных нейтральных атомах рубидия, которые захватываются оптическими пинцетами (сфокусированными лазерными лучами). 

На предприятии госкорпорации «Росатом» РФЯЦ-ВНИИЭФ в Сарове реализован оптико-электрический компьютер в составе так называемой фотонной вычислительной машины (ФВМ). ФВМ состоит из электрической и «световой» частей. Машинный код (то есть набор инструкций) переводится в лазерные импульсы. Кванты света, фотоны, по волноводам попадают в фотонный процессор, где происходит взаимодействие лазерных импульсов, и над ними совершаются такие же логические операции, как и в электронно-вычислительных машинах. Далее лазерные лучи покидают процессор и возвращаются в электронную часть компьютера, где оптическая информация вновь преобразуется в электрическую и оказывается доступной пользователю. 

В ФИАНе, судя по открытой закупке в 2024 г., применяется комплект акусто-оптических модуляторов для охлаждения и адресации ионов в регистре квантового компьютера.

Научно-исследовательский институт Специализированные вычислительные устройства защиты и автоматика (Ростов-на-Дону) разрабатывает обучающий эмулятор квантового компьютера QuantumLabs.

Однако всеобъемлющего или хотя бы существенного патентного покрытия российским разработкам не наблюдается. Увы! Сказывается традиция секретности и массовая антипатия к патентованию передовых технических разработок. Разумеется, мы говорим об открытых патентах РФ.

За рубежом пока что лидируют США, но американцам на пятки наступают китайские НИИ и компании.