[发明专利]一种基于量子计算的图像滤波方法和装置

说明书

本发明实施例提供了一种基于量子计算的图像滤波方法和装置。该方法包括，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，第二量子滤波矩阵与第一量子滤波矩阵具有相同的滤波效果，并且第二量子滤波矩阵能够分解为多个量子门操作的组合，多个量子门的个数基于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，作为第一图像的滤波图像。

技术领域

本发明涉及量子计算和图像处理领域，尤其涉及一种基于量子计算的 图像滤波方法和装置。

背景技术

图像处理是信息处理的重要组成部分。其中空间滤波操作在图像处理 中占有重要地位，是很多是图像信息分析的核心。它是一种图像处理技术， 如图像的平滑、锐化、边缘检测和边缘增强处理。它也是机器学习中特别 是卷积神经网络的一个关键子程序。

量子计算，自从20世纪八十年代被提出以来，一直得到了广泛的研究 和关注。由于量子叠加和量子纠缠的存在，量子计算具有并行的优势，利 用量子优势进行量子算法设计可以对于一些经典问题的求解达到加速，比 如二十世纪九十年代中后期提出的Shor算法能够对于大数质因数分解这 个问题存在指数的加速，Grover算法能够在数据空间搜索中相对于传统算法存在着多项式的加速。但是目前尚未能利用量子计算，进行广泛的图像处理。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于量子计算的图像滤波方法和装置，相较 于经典计算机的图像滤波方法，该方法可以显著降低计算复杂度，同时对 于各类图像滤波，可以使用固定数量的量子门操作进行处理，进一步优化 了量子图像滤波处理的过程。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为，一方面提供一种基于 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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。

具体地，将第二量子滤波矩阵分解为多个量子门操作矩阵的组合包括， 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；