IP 情报软件
自动导航的量子飞跃：挑战与机遇
自动驾驶汽车（AV）面临的运行约束并不完全相同。要真正理解量子传感在哪些领域带来最大价值，必须区分不同类型的自动化系统及其必须克服的独特感知挑战。
图 1：自动驾驶车辆（AV）的类型
- 自主水下航行器（AUV）：这些系统在复杂的水下环境中运行，可执行检查、测绘与环境监测等任务，无需人工干预。
- 自主飞行器（UVA/无人机）：UAV 广泛用于监控、物流、测绘与商业服务，得益于其高灵活性与快速部署能力。
- 自动化卡车与工业车辆： 这些车辆在工业场所、仓库和受控环境中自动执行物料搬运、物流与重载运输。
- 自动驾驶汽车/无人驾驶汽车（包括 ADAS）： 自动驾驶汽车和高级驾驶辅助系统（ADAS）结合感知、理解与决策技术，以支持公共道路上的部分到完全自动驾驶。
量子传感器利用叠加、纠缠与隧穿等量子现象，以极高精度测量（磁场、加速度、旋转、重力等）物理量。
量子传感器利用量子力学原理，以独特的精度和灵敏度测量物理量。通过利用粒子的量子特性，这些传感器能够极其精准地检测重力、磁场、温度及其他环境因素的变化。
量子传感器并不能取代经典感知；它们可以将自主性扩展到经典传感器无法保证安全性的环境中。
图 2：自动驾驶汽车中的经典传感器与量子传感器
经典传感器和量子传感器的比较凸显了二者在技术和经济上的差异。经典传感器因其可靠性与成本效益而被广泛采用，是工业与汽车系统的理想选择。但它们受限于噪声与灵敏度不足，在复杂环境中会影响测量精度。相比之下，量子传感器具备超高灵敏度与精度，能够在原子或亚原子层面检测，适用于下一代导航与感知系统。但其技术复杂度与高生产成本目前限制了大规模应用，使其仍主要用于国防、航空航天与科研等专业领域。
图3：量子传感器在不同行业的应用
量子传感器应用于医疗成像、汽车导航、环境监测、国防与科研等多个领域，因其对磁场、重力与加速度场的极高灵敏度。汽车行业占最大市场份额，驱动因素是 ADAS 与自动驾驶吸收越来越多的先进传感技术。这些传感器提供对安全性、导航和实时决策至关重要的高精度测量。
2024 年全球量子传感器市场规模为 3.773 亿美元，预计从 2025 年的 4.35 亿美元增长到 2032 年的 12.115 亿美元，预测期内复合年增长率 (CAGR) 为 15.8% 。
自动驾驶汽车中使用的量子传感器类型包括：
1. 量子惯性传感器
- 作为超精密加速度计与陀螺仪工作。
- 使用激光捕获的冷原子检测加速度与旋转。
- 在 GPS 信号受阻（隧道、城市峡谷）时提供精准导航。
2. 量子磁力计
- 极高灵敏度检测磁场变化。
- 可用于道路基础设施与地下结构（隧道、管线）测绘。
- 在视觉或雷达失效时辅助定位。
3. 量子重力仪
- 测量由地下结构引起的局部重力变化。
- 可用于道路安全分析与先进导航。
4. 量子激光雷达（Quantum LiDAR）
- 使用单光子量子态探测物体。
- 在雾、尘、雨环境中提供更高分辨率成像。
- 在自动驾驶领域，量子磁力计还能将电池寿命估计精度提高一个数量级，有望缓解续航焦虑。
图 4：量子传感技术在自动驾驶汽车中的集成
—数据库概览
图 5：法律状态
数据集包含 1,108 个在过去 20 年提交的专利族。大多数仍处于有效状态（86%），显示出稳定且持续的创新趋势，这对于开发周期长的领域来说十分典型。有一小部分专利（14%）已失效，属于自然生命周期消亡。
该项目涵盖了工业界和学术界的多元化贡献者。其中，工业界申请者（68%）占比略高，表明他们对将量子传感技术转化为自主导航等实际应用有着浓厚的商业兴趣。
学术和研究机构（32%）也发挥着重要且具有影响力的作用，凸显了支撑这项技术的科学深度和基础研究。它们的贡献对于推进核心原则和实现长期创新至关重要。
工业界和学术界之间的这种平衡分配反映了技术领域的成熟，在这个领域中，应用创新和基础研究并行发展，相互促进，推动可持续发展。
图 6：自动驾驶汽车量子传感的核心概念集群
概念集群显示量子传感相关专利高度集中于 激光雷达（LiDAR）、光学检测与传感数据处理。其他集群则涉及 无人机（UAV）平台以及辅助技术，如 导航算法、人工智能、车载数据存储。整体来看，光学量子传感占主导，但与自动导航及 AI 驱动的感知高度关联。
—关键趋势：申请阶段
图 7：专利申请趋势 ©Questel
在 2005 至 2014 年间，专利申请从 1 件稳定增长至 13 件，年复合增长率约 33%，反映该领域初始阶段的基础研究与早期技术发展。
从 2015 到 2025 年，总体趋势强劲扩张，从 1 件增加至超过 170 件，年复合增长率约 20%，显示量子传感在自动系统中的兴趣持续升温且技术逐渐成熟。
2022 年出现明显峰值，为目前专利申请量最高的年份，反映当年的研发投入异常集中。
2023 年出现下降，这与多个技术领域中观察到的类似模式一致，通常与 疫情后专利公开延迟有关。
2024–2025 年的数据因 18 个月公开周期尚未完成而不完整，但依然处于高位，表明量子传感仍在快速推进，行业持续投资以推动自动驾驶的技术边界。
—主要申请人
图 8：排名前 20 的申请人（按法律状态） ©Questel
上图列出了自动驾驶汽车 (AV) 量子传感技术领域排名前 20 的专利权人，清晰地展现了塑造这一新兴领域的组织。
- Seyond 成为行业领军者，拥有 44 个专利族（36 个在审、8 个授权）。大量在审表明其近期研发加速，可能集中在量子 LiDAR 或量子增强测距等领域，显示其抢占早期技术领导地位的战略。
- HERE Global 紧随其后，拥有 26 个专利族（17 个授权），这些专利族代表了成熟、经过验证的技术，可以增强定位、地图绘制和本地化，而定位是自主导航的关键支柱。
- 包括三星电子、LG电子、索尼半导体解决方案和LG Innotek在内的主要电子公司也名列前茅，这主要得益于它们拥有大量已授权专利。它们的研发活动表明，它们在量子光子学、量子点传感器和芯片级集成方面取得了进展，旨在提高AV传感模块的灵敏度和信号质量。
- 三星电子、LG 电子、索尼半导体解决方案、LG Innotek 等电子巨头也名列前茅，这主要得益于它们拥有大量已授权专利。它们的研发活动表明，它们在量子光子学、量子点传感器和芯片级集成方面取得了进展，旨在提高AV传感模块的灵敏度和信号质量。
- 汽车与自动驾驶企业，包括 Waymo、百度、博世（Bosch） 等汽车和出行领域领军企业也展现出显著的积极性。它们可能致力于将量子传感器集成到激光雷达（LiDAR）、惯性测量单元（IMU）和全球导航卫星系统（GNSS）增强系统中，以克服传统传感技术的局限性，例如恶劣天气下的性能、漂移和信号干扰等问题。
- 多所高校如 哈尔滨工程大学、北航、西安电子科技大学 等占据重要地位，反映亚洲的研究热度，特别关注量子磁力计与冷原子干涉仪等基础技术。
- 与此同时，传统 LiDAR 公司，如 Innoviz、Ouster、Sense Photonics，也正在探索量子增强方案，以突破远距检测与分辨率极限。
总体来看，产业领头羊、传感器厂商、自动驾驶先行者与科研机构共同构成竞争激烈的创新格局，量子传感正快速成为高精度与高稳健感知的关键推动力量。
图 9：前 10 大申请人的申请趋势 ©Questel
热力图显示量子传感自动驾驶领域的专利活动高度集中在近几年，自 2016 年起加速，并在 2020–2023 年达到高峰。Seyond 自 2020 年起专利激增并在 2022 年达到峰值，为增速最快的创新者。HERE Global、三星电子与 Waymo 的布局节奏更平缓，显示稳健但针对性的投资。百度 与 哈尔滨工程大学 自 2017 年起保持一致申请量，显示中国在学术与产业层面的深度参与。
Innoviz、Sense Photonics、Ouster 等传统 LiDAR 厂商则出现零散布局，显示其正在探索量子增强架构。总体而言，热力图揭示了一个年轻且快速发展的创新格局，这是由近期进入该领域的企业竞相在自动驾驶汽车量子传感领域抢占先机所推动的。
然而，聚焦 2025 年，格局更为分散。虽然该年共提交 172 个专利族，但没有主要申请人贡献超过两件（最高为哈尔滨工程大学）。多数来自高校，如 昌迪加尔大学、哈尔滨工程大学、江苏大学、NRI 技术学院、国家电网湖北电力研究院、内蒙古工业大学 等，通常每个提交高度专业化的单件专利，因此未进入前 10 名申请人，这也解释了为何当年整体申请量很高，但领先机构的集中度却很低。
—优先权区域与扩展策略
图 10：按优先权国家划分的专利族 ©Questel
国家分布情况显示，量子传感技术在自动驾驶汽车领域的专利活动呈现出明显的地域集中性。中国以495个专利族遥遥领先，反映出中国在量子技术、先进传感技术和智能交通领域的大规模国家投资。美国紧随其后，拥有378个专利族，凸显了其在量子研究和自动驾驶汽车创新领域的重要作用。
第二梯队贡献者包括韩国（77） 、印度（45）和日本（45） ，表明亚洲对量子增强感知系统的兴趣日益浓厚。欧洲的参与度仍然较低，德国（25） 、英国（12）和法国（6）的参与度较低，表明欧洲在这一新兴领域的参与尚处于早期阶段，但仍在不断发展。俄罗斯（10）和加拿大（4）的参与度有限，但也值得关注。
总体而言，中国和美国主导着这一领域，这表明全球科技竞赛由主要科技强国引领，亚洲国家正在积极追随，而欧洲仍处于采用和探索的早期阶段。
图 11：扩展策略 ©Questel
申请模式揭示了不同地区截然不同的专利保护扩展策略。中国以强有力的国内专利保护扩展策略脱颖而出，这体现在其国内专利体系中针对本土发明提交的大量专利保护申请上。其他亚洲司法管辖区，例如韩国和日本，也呈现出类似的模式，申请人通常优先巩固其在国内市场的专利保护，然后再寻求更广泛的国际保护。
相比之下，美国采取了更为开放的战略。美国提交的优先权申请中有相当一部分会扩展到包括欧洲、中国、日本、韩国在内的主要国际司法管辖区，并通过专利合作条约（PCT）程序进行申请，这表明美国很早就立志要获得全球保护。这种做法体现了美国旨在拓展全球市场和实现跨境商业化的战略。
即使优先权申请数量有所减少，欧洲、韩国和日本仍然是专利保护的关键目的地。它们的重要性源于这些市场在工业和技术方面的重要地位，尤其是在汽车工程和先进电子领域，这使得它们成为保护宝贵创新成果的战略目标。
—领先的工业企业
图 12：量子传感专利备案领域的主要工业申请人及其地理来源 ©Questel
数据显示，美国是工业专利活动的主要来源地， SEYOND 、 Waymo 、 Ouster 、 Sense Photonics 、波音和LAZR等多家顶尖公司名列前茅。韩国、中国和欧洲（尤其是德国、荷兰、英国和比利时）也贡献显著，但申请量大的公司相对较少。
总体而言，分布情况表明，美国工业企业在全球格局中占据主导地位，其次是东亚企业（韩国、中国、日本）和部分欧洲创新企业。这种地域集中度表明，自动驾驶汽车的量子传感技术主要由拥有先进汽车、半导体和传感技术产业的产业生态系统驱动。
图 13：领先产业专利权人的专利组合动态与价值指标
SEYOND 的专利申请速度值 (8.6) 异常高，远超其他所有竞争对手，表明其专利申请策略异常活跃且行动迅速。这说明 SEYOND 正在积极拓展其专利组合，并以数据集中无人能及的速度推进创新。
相比之下，大多数其他公司的增长速度处于中低水平。HERE Global 、三星电子和Waymo保持着稳定的增长势头，而百度、 GLAS TRUST和LAZR等公司近期的增长则微乎其微。
速度指标表明，部分企业，尤其是SEYOND，正在加快专利申请步伐，而其他企业则保持着较为稳定或放缓的申请速度。这种差异或许反映了激光雷达和自动驾驶汽车领域创新战略的转变。
—按自动驾驶类型划分
图 14：自动驾驶汽车专利分布分析 ©Questel
该环形图揭示了不同自动驾驶汽车技术领域的专利分布情况，说明了创新努力的集中方向：
- 陆地领域占据主导地位：最大的细分领域包括自动驾驶汽车、高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和自动导引车 (AGV)，拥有455 项专利，约占专利总数的 42%。这种高度集中反映了地面自主交通领域巨大的商业潜力和激烈的竞争，各公司正竞相在消费级车辆、半自动安全系统和工业物流解决方案等领域实现完全自动驾驶。
- 空中应用：无人机（UAV）拥有438项专利（约占专利组合的40%），几乎与地面飞行器持平。这种近乎平衡的局面表明，无人机技术正经历爆炸式增长，其应用领域涵盖商业配送、农业监测、基础设施巡检、国防应用和休闲娱乐等，这也表明自主飞行同样是一个至关重要的创新前沿领域。
- 海洋勘探：自主水下航行器（AUV）是专利数量最少的领域，仅有215项专利（约占20%）。虽然市场份额较小，但这些仍然相当可观的专利活动反映了其在海洋学研究、水下基础设施检查、国防行动和资源勘探等领域的特殊应用，在这些领域，自主技术能够解决偏远水下环境的独特挑战。
这种多领域方法表明，各公司认识到自动驾驶技术的变革潜力远远超出了传统的汽车应用。
无人机 vs 自动驾驶汽车：创新真正加速发展的领域
图 15：专利时间趋势：无人机 vs 自驾车/ADAS ©Questel
专利申请的时间演变揭示了无人机创新与自动驾驶汽车和高级驾驶辅助系统（ADAS）领域之间显著的分化。2015年之前，这两个领域的发展速度基本相当。但从2016年开始，商用无人机的应用出现了转折点，两条曲线开始急剧分离。无人机相关专利的增长速度更快，在2022年左右达到峰值，并保持强劲势头直至2025年。相比之下，自动驾驶和ADAS技术则经历了更为剧烈的波动，并在2022年后出现明显的下滑。
这种差距的扩大并非偶然，而是反映了市场成熟度方面的结构性差异。无人机受益于早期监管框架、更清晰的部署路径以及在农业、能源检测、物流配送和应急响应等高影响力领域的快速商业化。这些行业使得无人机能够在受控或半受控空域进行迭代测试，从而加速了自主能力的成熟。
相比之下，自动驾驶汽车的发展仍然受到诸多限制。图表显示，2022 年之后的下滑趋势表明，由于复杂的安全验证、分散的道路法规以及在变幻莫测的城市环境中大规模部署所面临的持续挑战，自动驾驶汽车的发展进程已经停滞不前。即使集成了高级驾驶辅助系统（ADAS），陆地自动驾驶的发展速度也远不及无人机。
最终，正如图表所示，无人机之所以占据主导地位，是因为天空比陆地交通要少，面临的监管、基础设施和运营障碍也更少。这种差异不仅反映了当前的创新现状，也预示着未来自主市场的发展轨迹，空中系统有望引领下一波商业应用浪潮。
