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Auf dem Weg zum Quantensprung: Die Patentierung der Zukunft der Quantensoftware

Dezember 2023

Viele Jahre lang hatte die erfolgreiche Patentierung von softwarebezogenen Erfindungen den – nach unserer Erfahrung ungerechtfertigten – Ruf, schwierig und verwirrend zu sein. Während die meisten Rechtssysteme inzwischen einen konsistenten Ansatz für die Bewertung computerimplementierter Erfindungen entwickelt haben, wurde diese Rechtspraxis ausschließlich auf der Grundlage der klassischen Datenverarbeitung entwickelt.

Die Quanteninformatik entwickelt sich derzeit rasant und wird weithin als ein Gebiet angesehen, das ein enormes Potenzial hat, die Komplexität von Computerproblemen innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens zu erhöhen. In diesem Artikel gehen wir der Frage nach, inwieweit Software für Quantencomputer patentrechtlich geschützt werden kann, wobei wir uns insbesondere auf die Praxis vor den europäischen und britischen Patentämtern konzentrieren.

Quantum Software

Während die praktischen Anwendungen der heutigen Quantencomputer noch in den Kinderschuhen stecken, zeigt ein Bericht, der vom Europäischen Patentamt (EPA) erstellt wurde, dass die Zahl der Patentanmeldungen für Quantencomputer in letzter Zeit boomt. So hat sich die Zahl der jährlich veröffentlichten Patentfamilien im Zusammenhang mit Quantencomputern zwischen 2017 und 2021 mehr als verdoppelt. Ein Großteil dieser Innovation liegt in der Hardware für die Realisierung und Manipulation von Qubits zur Durchführung von Quantenberechnungen. Es gibt jedoch auch zahlreiche Innovationen, die sich auf die Entwicklung von Software für Quantencomputer (Quantensoftware) beziehen.

So werden zum Beispiel innovative Methoden für die Ausführung auf Quantencomputer-Hardware (z.B. Quantenalgorithmen) entwickelt, um reale Probleme zu lösen, die selbst für die leistungsstärksten klassischen Computer unerreichbar bleiben. Quantensoftware-Methoden können auch einige Schritte umfassen, die auf einem klassischen Computer ausgeführt werden. Erfindungen im Zusammenhang mit Quantensoftware können beispielsweise in Methoden zur Steuerung von Quantencomputer-Hardware, in Methoden zur Übersetzung von High-Level-Befehlen in Operationen zur Ausführung auf Quantenhardware (ähnlich wie bei einem Compiler) und in Quantenfehlerkorrekturmethoden liegen.

Der klassische Ansatz

Sowohl das Europäische Patentübereinkommen (EPÜ) als auch das britische Patentgesetz enthalten einen gesetzlichen Ausschluss der Patentierbarkeit eines Programms für einen Computer (als solchen). In der Praxis besteht jedoch Patentschutz für computerimplementierte Erfindungen, die eine „weitere technische Wirkung“ haben, die über die „normalen“ physikalischen Wechselwirkungen zwischen dem Programm (Software) und dem Computer (Hardware), auf dem es ausgeführt wird, hinausgeht. Nach dem Prüfungsansatz des EPA gibt es zwei Hauptrichtungen von „weiteren technischen Wirkungen“: i) solche, die eine technische Wirkung außerhalb des Computers erzeugen, und ii) solche, die auf der Grundlage spezifischer technischer Überlegungen zur internen Funktionsweise des Computers entwickelt wurden.

Nach der Rechtsprechung der britischen Gerichte wurde eine Reihe von Wegweisern (die so genannten AT&T signposts) entwickelt, die Hinweise auf mögliche weitere technische Wirkungen geben. Insbesondere definieren die AT&T Signposts Wirkungen, die: i) eine technische Wirkung auf einen außerhalb des Computers ablaufenden Prozess haben; ii) auf der Ebene der Architektur des Computers wirken; iii) dazu führen, dass der Computer auf eine neue Art und Weise arbeitet; und iv) den Computer zu einem besseren Computer im Sinne eines effizienteren und effektiveren Betriebs als Computer machen, als Hinweis auf eine weitere technische Wirkung.

Gilt der klassische Ansatz auch für Quantensoftware?

Quantencomputer arbeiten nach grundlegend anderen Prinzipien als klassische Computer. Während klassische Computer Bits verwenden, die zu jedem Zeitpunkt nur in einem von zwei Zuständen existieren können, verwenden Quantencomputer Qubits, die in einer Überlagerung ihrer beiden Zustände gleichzeitig existieren können. Außerdem können Qubits miteinander verschränkt werden, so dass ihre Quantenzustände korreliert werden. Folglich unterscheiden sich die beim Quantencomputing verwendeten Gate-Operationen, die Art und Weise, wie Quantenalgorithmen optimiert werden, und die Art der von Quantenoperationen gelieferten Ergebnisse grundlegend von ihren klassischen Gegenstücken.

Angesichts der grundlegenden Unterschiede zwischen klassischen und Quantencomputern stellt sich die Frage, ob der klassische Ansatz auch für Quantensoftware gelten sollte?

Obwohl eine große und ständig wachsende Anzahl von Patentanmeldungen eingereicht wurde, die sich auf Quantencomputer beziehen, ist es noch zu früh, um eine quantenspezifische Rechtsprechung zu entwickeln. Es gibt jedoch erste Anzeichen dafür, dass sowohl die britische als auch die europäische Niederlassung des Patentamtes den klassischen Ansatz auch auf Erfindungen im Bereich der Quantensoftware anwenden werden.

So wurden beispielsweise zwei Anhörungsentscheidungen der britischen Patentbehörde (O/130/22 und O/935/22) erlassen, in denen es um die Beurteilung der Frage geht, ob Methoden, die mit einem Quantencomputer implementiert werden, einen Gegenstand betreffen, der von der Patentierbarkeit ausgeschlossen ist. In der Entscheidung O/130/22 ging der Anhörungsbeauftragte ausdrücklich auf die Eignung des klassischen Ansatzes ein und kam zu dem Schluss, dass die AT&T-Wegweiser „für Quantencomputer ebenso gültig sind wie für klassische Computer und immer noch nützliche Wegweiser dafür liefern, ob die beanspruchte Erfindung einen technischen Beitrag leistet“. Die AT&T-Wegweiser wurden auch in der Entscheidung O/935/22 angenommen.

Darüber hinaus hat das EPA vor kurzem eine Reihe von „Examination Matters“-Workshops abgehalten, in denen es auch um Quantencomputer ging und in denen die Prüfer des EPA bestätigten, dass es interne Praxis des EPA ist, eine direkte Analogie zwischen klassischen und Quantencomputern zu ziehen. Insbesondere wurde vorgeschlagen, dass die bestehende Rechtsprechung und die Prüfungsrichtlinien für die Zwecke von Erfindungen im Bereich des Quantencomputers dahingehend ausgelegt werden können, dass ein Quantencomputer als eine Form von Computer und ein Quantenschaltkreis als eine Form eines Programms für einen Computer angesehen wird.

Was bedeutet dies für die Patentierbarkeit von Quantensoftware?

Ähnlich wie beim klassischen Ansatz ist zu erwarten, dass Quantensoftware entweder aufgrund dessen patentierbar ist, was die Software zur Lösung eines technischen Problems außerhalb des Computers beiträgt, oder aufgrund der Art und Weise, wie die Software im Zusammenspiel mit der Hardware funktioniert.

  1. i) Was macht die Quanten-Software?

Derzeitige nützliche Anwendungen von Quantenalgorithmen zielen oft auf die Lösung mathematischer Probleme oder die Simulation komplexer Systeme ab (z.B. die Ableitung grundlegender Eigenschaften quantenmechanischer Systeme). Die Ergebnisse von Quantenalgorithmen können zwar für die Lösung technischer Probleme nützlich sein (z.B. die Verwendung der Ergebnisse von Simulationen chemischer Reaktionen für die Entwicklung neuer Medikamente), aber sie werden oft auf einer Ebene der Allgemeinheit entworfen und beschrieben, die sie nicht speziell mit der Lösung dieser Probleme verbindet.

Die Patentanmeldung, die in der britischen Anhörungsentscheidung O/130/22 geprüft wurde, war beispielsweise auf einen Algorithmus (zur Ausführung mit einem Quantencomputer) zur Bestimmung mindestens eines unbekannten Energieniveaus eines physikalischen Systems aus Atomen gerichtet. In diesem Fall stellte der Anhörungsbeauftragte fest, dass, selbst wenn das physikalische System als ein in der Realität existierendes System angesehen wird, die potenzielle Verwendung der Ergebnisse des Algorithmus zu weit gefasst war, um spezifisch mit der Lösung eines technischen Problems außerhalb des Computers verbunden zu sein. Selbst wenn die Ergebnisse des Algorithmus für technische Anwendungen genutzt werden könnten (z.B. für die Entwicklung besserer Medikamente oder besserer Photovoltaikartikel), waren die Ergebnisse des Algorithmus zu weit von einer solchen technischen Anwendung entfernt, so dass weitere erfinderische Arbeit erforderlich wäre, um einen solchen technischen Effekt zu erzielen.

Ein ähnlicher Ansatz dürfte auch vom EPA verfolgt werden, das in seiner jüngsten Entscheidung G1/19 der Großen Beschwerdekammer zu dem Schluss kam, dass die Ergebnisse einer Simulation nur dann als technische Wirkung angesehen werden können, wenn diese Wirkung in den Ansprüchen zumindest angedeutet ist und die technische Verwendung der Ergebnisse der Simulation sich über den gesamten Umfang des Anspruchs erstreckt (d.h. der Anspruch umfasst nicht auch nichttechnische Verwendungen).

Wenn Patentschutz für Quantensoftware-bezogene Erfindungen aufgrund der technischen Probleme, die sie außerhalb des Computers lösen, angestrebt wird, ist es daher wichtig, sie so zu beanspruchen, dass sie speziell auf ihre Anwendung auf diese technischen Probleme beschränkt sind.

  1. ii) Wie funktioniert die Quanten-Software?

Nach dem europäischen Prüfungsansatz ist ein Programm für einen Computer patentfähig, wenn es auf der Grundlage spezifischer Überlegungen zur internen Funktionsweise des Computers entworfen wurde. Darüber hinaus weisen die von der britischen Rechtsprechung entwickelten AT&T-Wegweiser darauf hin, dass ein technischer Beitrag geleistet wird, wenn die beanspruchte Wirkung (unter anderem) auf der Ebene der Architektur des Computers wirkt, dazu führt, dass der Computer auf eine neue Art und Weise funktioniert, oder den Computer zu einem besseren Computer in dem Sinne macht, dass er als Computer effizienter und effektiver arbeitet.

Viele der heutigen Entwicklungen in der klassischen Software sind auf einer hohen Ebene angesiedelt und für die Implementierung auf beliebiger generischer Hardware gedacht. Daher kann es oft schwierig sein, die Software an spezifische Überlegungen zur Hardware, auf der sie ausgeführt werden soll, zu binden.

Fast alle Quantensoftware ist jedoch in gewisser Weise speziell darauf ausgerichtet, die einzigartigen Eigenschaften der Hardware von Quantencomputern zu nutzen. Daher werden die heutigen Quantensoftware-Innovationen oft auf einer niedrigeren Ebene als ihre klassischen Gegenstücke betrachtet und in einigen Fällen sogar auf der Ebene des Maschinencodes (z.B. die Steuerung von Qubits auf Pulsebene). Es könnte daher durchaus möglich sein, viele der heutigen Entwicklungen im Bereich der Quantensoftware so zu definieren, dass sie für einen Patentschutz in Europa in Frage kommen.

Je enger das Design von Quantensoftware mit den technischen Eigenschaften der zugrundeliegenden Hardware, die sie ausnutzen soll, verknüpft werden kann, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie aus technischen Erwägungen heraus entwickelt wurde. Wenn darüber hinaus nachgewiesen werden kann, dass eine technische Verbesserung unabhängig von den verarbeiteten Daten erzielt wird, ist es umso wahrscheinlicher, dass eine Innovation als auf der Ebene der Architektur des Computers funktionierend betrachtet wird.

Während die Entwicklung von Quantensoftware oft durch die Eigenschaften der zugrundeliegenden Hardware von Quantencomputern motiviert ist, gibt es derzeit viele verschiedene Implementierungen von Quantenhardware (z.B. können Qubits durch supraleitende Schaltkreise, gefangene Ionen, photonische Qubits und/oder andere quantenmechanische Systeme realisiert werden). Angesichts der Vielfalt der Quantenhardware wird Quantensoftware oft so entwickelt, dass sie für alle Arten von Quantenhardware verwendet werden kann. Je agnostischer Quantensoftware in Bezug auf die Art der verwendeten Hardware ist, desto schwieriger kann es sein, eine Erfindung an die zugrunde liegenden Eigenschaften der Hardware zu binden. Da jedoch viele Eigenschaften allen Quanten-Hardwaretypen gemeinsam sind (z.B. kurze Qubit-Kohärenzzeit, verrauschte Ergebnisse, Notwendigkeit der Fehlerkorrektur usw.), könnte man argumentieren, dass Software, die solche Eigenschaften ausnutzen oder handhaben will, immer noch unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Quanten-Hardware entwickelt wird, selbst wenn sie hinsichtlich des spezifischen Hardwaretyps agnostisch ist.

Wenn Patentschutz für Erfindungen im Zusammenhang mit Quantensoftware angestrebt wird, weil ihr Design auf spezifischen technischen Überlegungen zur internen Funktionsweise des Computers beruht, ist es wichtig, die Art und Weise, in der die Software für die Interaktion mit Quantenhardware konzipiert ist, klar zu beschreiben. Wenn möglich, ist es auch hilfreich zu betonen, dass alle technischen Effekte für verschiedene Arten von Daten realisiert werden und nicht auf den Kontext spezifischer Berechnungsprobleme beschränkt sind.

Schlussfolgerungen

Während die frühen Pioniere der Software für klassische Computer mit einem hohen Maß an Unsicherheit darüber konfrontiert waren, inwieweit ihre Erfindungen für den Patentschutz in Frage kommen würden, bietet die spätere Entwicklung der Rechtsprechung und der juristischen Praxis zur Bewertung softwarebezogener Erfindungen einen gut entwickelten rechtlichen Rahmen, der den frühen Innovatoren von Quantensoftware ein größeres Maß an Sicherheit bietet. In der Tat gibt es Anzeichen dafür, dass sowohl die europäische als auch die britische Niederlassung versuchen werden, die gleichen rechtlichen Rahmenbedingungen, die für die Bewertung von klassischer Software entwickelt wurden, auch auf die Bewertung von Quantensoftware anzuwenden. Betrachtet man diese Tests im Lichte der aktuellen Entwicklung der Quanteninformatik, so zeigt sich, dass jetzt ein guter Zeitpunkt ist, um Patentschutz für Innovationen im Zusammenhang mit Quantensoftware zu beantragen.

 


Dieser Artikel wurde von Patentdirektor Dr. Nick King und Patentanwalt Thomas Mercer für The Patent Lawyer Magazine verfasst.

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