[发明专利]一种基于量子计算的图像滤波方法和装置

权利要求书

1.一种基于量子计算的图像滤波方法，包括：

制备与第一图像对应的第一量子态；

将第一经典滤波矩阵映射为第一量子滤波矩阵；

将第一量子滤波矩阵转换为第二量子滤波矩阵，其中，所述第二量子滤波矩阵与所述第一量子滤波矩阵具有相同的滤波效果，并且所述第二量子滤波矩阵能够分解为多个量子门操作的组合，所述多个量子门操作的个数基于所述第一经典滤波矩阵中的元素个数确定；

将第二量子滤波矩阵分解为多个量子门操作的组合；

基于第一量子态、以及所述多个量子门操作，获得第二量子态；

基于第二量子态获取第二图像，作为所述第一图像的滤波图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一经典滤波矩阵为第一经典滤波操作对应的计算矩阵，所述第一经典滤波操作包括：平滑、锐化、边缘检测和边缘增强处理中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，将第一量子滤波矩阵转换为第二量子滤波矩阵包括：修改第一量子滤波矩阵的对应于图像边缘的元素。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，制备与第一图像对应的第一量子态,包括：

获取第一图像；

根据第一图像各像素点的灰度值，获得第一图像矩阵，转化第一图像矩阵，得到第一图像向量；

根据第一图像向量，制备第一量子态。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，将第二量子滤波矩阵分解为多个量子门操作的组合包括，将第二量子滤波矩阵分解为多个量子门操作矩阵的加权组合，所述方法还包括：

以存储在一个量子存储器中的若干量子比特作为工作系统,以存储在另一个量子存储器中的若干量子比特作为辅助系统；

所述根据第一图像向量，制备第一量子态，包括：

根据第一图像向量，制备所述工作系统的初态为第一量子态；

所述基于第一量子态、以及所述多个量子门操作，获得第二量子态，包括：

将所述辅助系统制备为多个本征态的叠加态，在所述叠加态中，各个状态的权重分别对应于所述多个量子门操作的权重；

根据所述辅助系统的状态，对工作系统施加所述多个量子门操作；

对辅助系统进行阿达马门操作，使得辅助系统处于|0〉状态；

测量所述辅助系统处于|0〉状态时工作系统所处的量子末态，以其作为第二量子态。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一经典滤波矩阵为卷积矩阵，

所述卷积矩阵的表达式为：

所述第一量子滤波矩阵的表达式为：

其中，E是M*M的单位矩阵，V1、V2、V3为：

其中，w11–w33为矩阵元素；所述第二量子滤波矩阵的表达式为：

其中：

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个量子门操作为9个量子门操作，所述辅助系统为9个能级的辅助系统，将第二量子滤波矩阵分解为多个量子门操作的加权组合包括，将第二量子滤波矩阵U′分解为：

其中，Q_k为量子门，且为直积(Kronecker积)，v、u为矩阵或矩阵元素下标；且,V′_u(u＝1,2,3)划分为:

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个量子门操作中的任意一个量子门操作通过三种第一算符中的两种的直积运算获得，任一种所述第一算符由多个控制非门CNOT和泡利矩阵X门构成。