[发明专利]基于NEQR表达的量子图像分割方法

说明书

本发明公开了基于NEQR表达的量子图像分割方法，该方法包括：步骤S1，制备量子图像NEQR表达式；步骤S2，设计阈值量子图像分割算法的量子线路，对步骤S1制备的量子图像表达式进行分割处理；步骤S3，对经步骤S2处理之后的量子图像表达式进行测量，得到量子图像中各状态的概率信息。本发明对原图形进行优化的量子图像NEQR表达，对原图像量子表达线路中的辅助量子比特位的数量进行优化，通过对辅助量子比特位的复用，能够降低量子表达线路中的量子比特位数，大大提高了量子图像表达算法的性能，使得其在经典计算机下仿真更加易于实现，且为处理更大尺寸的量子图像提供了可能，提高了经典计算机处理量子图像算法的能力。

技术领域

本发明涉及量子图像处理技术领域，具体涉及基于NEQR表达的量子图像分割方法。

背景技术

量子图像处理是在量子计算机中进行图像处理的技术，量子计算机与经典计算机的区别在于，其信息单元不是仅包含0和1的比特(bit)，而是量子比特(quantum bit，qubit)，其状态可为0，1或0和1的叠加态。因此量子CPU具有强大的并行存储及数据处理能力，而且其存储和运算能力随着量子处理器数目的增加呈指数增长。所以在当今图像数据海量增加，图像处理实时性要求越来越高的情况下，经典计算机将无法满足图像处理的需求，而传统图像处理算法无法在量子计算机上实现，需要全新的基于量子比特的理论体系。经历近几十年的发展，量子图像处理领域在量子图像的存储和量子图像的处理方面均取得了可喜的成果。但该领域的研究也遇到了量子计算共有的困难，大多数量子图像处理算法可以加速图像处理的过程，但如果想向人们展示图像处理的结果，就需要将其转化为经典图像，而转化经典图像的过程需要量子测量，量子测量的坍缩效应增加了量子图像读取的复杂度，因此亟需设计有效的量子图像处理算法。

发明内容

本发明提供了基于NEQR表达的量子图像分割方法，有效实现量子图像分割处理。

本发明通过下述技术方案实现：

基于NEQR表达的量子图像分割方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，制备量子图像NEQR表达式；

步骤S2，设计阈值量子图像分割算法的量子线路，对步骤S1制备的量子图像表达式进行分割处理；

步骤S3，对经步骤S2处理之后的量子图像表达式进行测量，得到量子图像中各状态的概率信息。

优选的，所述步骤S1具体包括：

步骤S11，获取图像的基本信息，包括图像灰度信息转化为二进制的位数大小m，图像的尺寸信息2ⁿ×2ⁿ；

步骤S12，根据图形的基本信息设置与之对应的量子比特位，其中，灰度信息为m位量子比特，位置信息为2n位量子比特，辅助位为2位量子比特；

步骤S13，制备位置信息和灰度信息，得到像素位置信息与灰度信息的唯一映射的量子序列。

现有利用经典计算机仿真量子算法时所需内存大小，随着量子线路中量子比特位的增加而大幅度增大，使得利用经典计算机仿真量子算法变得更加困难；本发明对辅助量子比特的位数进行优化，通过辅助量子比特的复用，减少量子线路中使用的总量子比特数量，大大提高了量子算法在经典计算机中的仿真优势，同时为实现更大尺寸的图像的仿真提供了可能。

优选的，所述步骤S13具体包括：

步骤S131，已知位置量子比特初始态为|0，对其进行H门变换以制备图像的位置信息；

步骤S132，传递位置信息到辅助量子比特位；