[发明专利]量子图像匹配方法

权利要求书

1.一种量子图像匹配方法，其特征在于，将量子计算与经典计算机图像匹配技术相结合，包含以下步骤：

S0、设定量子参考图像的尺寸大小是2ⁿ×2ⁿ，量子模板图像的尺寸大小是2^m×2^m；

S1、采用NEQR方式制备以及存储量子参考图像，得到量子参考图像的NEQR的表达方式|I₀；

S2、设计量子参考图像的量子路线U₀，对应输入状态|I₀，得到量子参考图像的输出状态为

S3、采用经典图像处理方式制备以及存储量子模板图像，并根据像素点坐标以及对应的像素值均采用独立的基本态表示方式设计量子模板图像的量子路线，得到量子模板图像的输出状态为|I₁；

S4、根据量子参考图像的输出状态量子模板图像的输出状态|I₁、以及增加设置的两个辅助量子比特，进行量子图像匹配。

2.如权利要求1所述的量子图像匹配方法，其特征在于，所述的S1中，量子参考图像的NEQR的表达方式为：

其中，|f(Y,X)表示量子参考图像中坐标(Y,X)处的像素值，|YX表示像素点位置，表示像素值的量子比特，q表示像素值的量子比特数量，分别表示张量积。

3.如权利要求2所述的量子图像匹配方法，其特征在于，所述的S2中，量子参考图像的量子线路U₀能实现量子参考图像与坐标|Y,X,|Y,X+1,...,|Y,X+2^m-1,...,|Y+2^m-1,X+2^m-1间建立联系，且|Y,X＝|Y|X，因此得到：

4.如权利要求3所述的量子图像匹配方法，其特征在于，所述的S3中，量子模板图像的输出状态为：

|I₁＝|g(Y,X)|Y,X|g(Y,X+1)|Y,X+1…|g(Y+2^m-1,X+2^m-1)|Y+2^m-1,X+2^m-1；

其中，|g(Y,X)表示量子模板图像中坐标(Y,X)处的像素值。

5.如权利要求4所述的量子图像匹配方法，其特征在于，所述的S4中，具体包含以下步骤：

S41、量子参考图像的输出状态由2²ⁿ个基态线性叠加，每一个基态包含2^2m个像素，包括像素点位置和像素值；量子模板图像的输出状态|I₁同样包含2^2m个像素，包括像素点位置和像素值；

使用受控非门，将|I₁中的|g(Y,X),|g(Y,X+1),…,|g(Y+2^m-1,X+2^m-1)分别作为控制位，将中的基态|f(Y，X)，|f(Y，X+1)，…，|f(Y+2^m-1，X+2^m-1)分别作为目标位，进行一一对应比较；如果|g(Y,X)与|f(Y，X)相同，则|f(Y，X)全部为零；否则，|f(Y，X)不全为零；以此类推完成全部比较，得到更新后的量子参考图像的输出状态

S42、设置辅助量子比特|F＝|0；使用多位受控非门，将更新后的中的基态|f(Y，X)，|f(Y，X+1)，…，|f(Y+2^m-1，X+2^m-1)〉分别作为控制位，|F〉为目标位；如果|f(Y，X)，|f(Y，X+1)，…，|f(Y+2^m-1，X+2^m-1)中的每一个像素点均处于内，q表示像素值，表示需要的量子比特位数，则|F〉＝|1；

S43、通过采用Grover搜索算法，使用辅助量子比特|F＝|1〉、以及扩散变换D＝WRW，其中R表示旋转矩阵，W表示Walsh-Hadamard变换，对|F＝|1所对应的基态进行多次迭代，使基态中像素点被测量的概率增加；

S44、采用投影算子测量方式进行测量，测得匹配区域左上角坐标的概率是其对应基态的系数平方，从而确定匹配区域左上角坐标的值，完成图像匹配。