[发明专利]多维量子灰度和彩色图像的存储设计与实现方法

权利要求书

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n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1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n量子比特存储一幅2ⁿ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n+2量子比特存储一幅2ⁿ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

Rx(θ)=cosθsinθsinθ-cosθ]]>

其中θ∈[0，2π]；

一个角度序列被给出：

αj=arctanΣi2...in|θ1i2...in|2Σi2...in|θ0i2...in|2j=1αj,i1...ij-1=arctanΣij+1...in|θi1...ij-11ij+1...in|2Σij+1...in|θi1...ij-10ij+1...in|22≤j≤n]]>

其中，假设0i₂…i_n、1i₂…i_n、i₁…i_j-10i_j+1…i_n和i₁…i_j-11i_j+1…i_n分别是整数g、h、x和y的二进制展开，那么θ0i2...in=θg,]]>θ1i2...in=θh,]]>θi1...ij-10ij+1...in=θx]]>和θi1...ij-11ij+1...in=θy]]>分别是表示一幅多维灰度图像的量子态中的项|g>、|h>、|x>和|y>的系数；i₁…i_j-1是整数z的二进制展开，z＝0,1,…,(2^j-1-1)；

当j≥2时，定义受控R_xji算子为：

Rxji=(Σh=0,h≠i2j-1-1|h><h|)⊗I+|i><i|⊗Rx(αj,i)]]>

其中0≤i≤2^j-1、i＝i₁…i_j-1是整数i的二进制展开，角度

定义酉算子R_xj为：

Rxj=Rx(α1)⊗I⊗(n-1)j=1Rxj=Πi=02j-1-1(Rxji⊗I⊗(n-j))2≤j≤n]]>

依次将酉算子R_xj作用在初态上，就可以得到一个NASS态：

|ψk>=(Πj=1nRxj)|0>⊗n=Σi=02n-1θi|i>=Σi=02n-1θi|v1>|v2>...|vk>]]>

从而实现了基于NASS的多维量子灰度图像的存储。

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：

|ψC>=Σj=02n-1(θrj|j>|01>+θgj|j>|10>+θbj|j>|11>)]]>

其中j＝j₁…j_n整数j的二进制展开，|j>是n量子比特张量积|j₁…j_n>的简化表示，表示一副多维图像的像素的坐标；θ_rj，θ_gj和θ_bj分别表示在坐标|j>处的像素的红色灰度分量、绿色灰度分量和蓝色灰度分量；

这样，可以三个NASS的实现线路和一些受控非门实现NASSTC态，实现基于NASSTC的多维量子彩色图像的存储。