多维量子灰度和彩色图像的存储设计与实现方法
【专利摘要】多维量子灰度和彩色图像的存储设计与实现方法，公开了一种新型的基于规范任意的叠加态的多维量子灰度图像的存储方法和基于三分量的规范任意的叠加态多维量子彩色图像的存储方法，以及实现它们的量子线路设计图。这些设计图用基本的量子比特门（包括量子比特受控门和单量子比特门），分别构建了基于NASS的多维量子灰度图像和基于NASSTC的多维量子彩色图像的存储实现线路。本发明一方面解决了量子图像“如何将图像储存在量子系统”的问题，另一方面，也是一种高效的图像压缩方法，能用在需要多维图像压缩的很多实际的图像处理应用领域。摘要附图为基于NASS多维量子灰度图像的存储实现线路。
【专利说明】多维量子灰度和彩色图像的存储设计与实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多维量子灰度和彩色图像的存储设计方法与实现线路，属于量子图像处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]量子计算机有不同的结构模型，例如量子图灵机模型，量子线路模型，细胞自动机模型等。量子线路模型比其它的几种模型更容理解，但功能是等价的，因此采用量子线路模型来定义量子计算机:是由包含连线和基本量子门排列起来、形成的处理量子信息的量子线路建造的。量子计算机具有独特的处理数据能力，可解决现有经典计算机难以解决的数学问题，例如大数的质因子分解和离散对数求解，因此，它成为世界各国战略竞争焦点，t匕如，美国仿照当年成功制造原子弹的曼哈顿计划(Manhattan project),在2009年启动了微型曼哈顿计划(Min 1-Manhattan project),投巨资去研发量子芯片。
[0003]将量子计算和图像处理处理技术向结合，这种新的不同学科的交叉技术定义为量子图像处理。
[0004]在经典计算中，信息单元用比特(Bit)表示，它只有两个状态:0态或I态。在量子计算中，信息单兀用量子比特(Qubit)表不,它有两个基本量子态I 0>和11>,基本量子态简称为基态(Basis State)。任何双能级的量子系统都可用来实现量子比特，例如氢原子中的电子的基态和激发态、质子自旋在任意方向的+1/2分量和-1/2、圆偏振光的左旋和右旋等都可以分别用I 0>和|1>表示。
[0005]一个量子比特可以是两个基态的线性组合，常被称为叠加态(Superposition)，可表示为I ψ> = a|0>+b|l>。其中a和b是两个复数，满足|a|2+|b|2 = 1，因此也被称为概率幅。在测量量子比特时，量子态I Ψ>以|a|2的概率坍缩(Collapsing)成0>，以|b|2的概率坍缩成I 1>。所以一个量子比特可以同时包含|0>和|1>的信息，这与经典计算中的比特截然不同。
[0006]张量积(Tensor Product)是将小的向量空间合在一起,构成更大向量空间的一种方法，用符号?表不，它有如下的含义:
[0007]假设U和V是两个复矩阵
[0008]
【权利要求】
1.一种多维量子灰度和彩色图像的存储设计与实现方法，其特征在于，所述方法采用η量子比特受控门Cn(U)实现规范任意的叠加态(NASS)量子态，从而实现多维量子灰度图像的存储；所述方法在实现NASS量子态的基础上，利用I个RGB彩色可以用三个灰度值表示的特性，综合使用三个NASS量子态的实现线路来实现三分量的规范任意的叠加态(NASSTC)量子态，从而实现多维量子彩色图像的存储； 所述多维量子灰度图像的存储实现方法以量子线路模型为基础，设计基于NASS的多维量子灰度图像存储实现方法； 所述多维量子彩色图像的存储实现方法以量子线路模型为基础，设计基于NASSTC的多维量子彩色图像的存储实现方法。
2.根据权利要求1所述的多维量子灰度和彩色图像的存储设计与实现方法，其特征在于，所述方法充分利用量子叠加态的存储能力，能仅仅用η量子比特存储一幅2"个像素的多维灰度图像。
3.根据权利要求1所述的多维量子灰度和彩色图像的存储设计与实现方法，其特征在于，所述方法能仅仅用η+2量子比特存储一幅2η个像素的多维彩色图像。
4.根据权利要求1所述的多维量子灰度和彩色图像的存储设计与实现方法，其特征在于，所述多维量子灰度图像存储实现方法为: 定义一个酉算子为
5.根据权利要求1所述的多维量子灰度和彩色图像的存储设计与实现方法，其特征在于，所述的多维量子彩色图像存储实现方法为: 由于一个RGB彩色可以看作三个灰度颜色，因此一幅多维彩色图像可以看作三幅多维灰度图像的组合，即，为了表示多维彩色图像，定义NASSTC态为:
【文档编号】G06T1/60GK103971328SQ201410186003
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】黎海生, 周日贵, 刘志强, 喻友文, 周佳丽 申请人:华东交通大学