[發明專利]一種基于量子計算的圖像濾波方法和裝置

有效

• 申請號: 202110057924.5
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN113012080B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 請求不公布姓名
• 申請（專利權）人: 北京量子信息科學研究院
• 主分類號: G06T5/10
• 分類號: G06T5/10;G06F17/16;G06N3/0464;G06N10/20
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 張靜娟;陳霽

1.一種基于量子計算的圖像濾波方法，包括：

制備與第一圖像對應的第一量子態；

將第一經典濾波矩陣映射為第一量子濾波矩陣；

將第一量子濾波矩陣轉換為第二量子濾波矩陣，其中，所述第二量子濾波矩陣與所述第一量子濾波矩陣具有相同的濾波效果，并且所述第二量子濾波矩陣能夠分解為多個量子門操作的組合，所述多個量子門操作的個數基于所述第一經典濾波矩陣中的元素個數確定；

將第二量子濾波矩陣分解為多個量子門操作的組合；

基于第一量子態、以及所述多個量子門操作，獲得第二量子態；

基于第二量子態獲取第二圖像，作為所述第一圖像的濾波圖像。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一經典濾波矩陣為第一經典濾波操作對應的計算矩陣，所述第一經典濾波操作包括：平滑、銳化、邊緣檢測和邊緣增強處理中的一種。

3.根據權利要求1所述的方法，其中，將第一量子濾波矩陣轉換為第二量子濾波矩陣包括：修改第一量子濾波矩陣的對應于圖像邊緣的元素。

4.根據權利要求1所述的方法，其中，制備與第一圖像對應的第一量子態,包括：

獲取第一圖像；

根據第一圖像各像素點的灰度值，獲得第一圖像矩陣，轉化第一圖像矩陣，得到第一圖像向量；

根據第一圖像向量，制備第一量子態。

5.根據權利要求4所述的方法，其中，將第二量子濾波矩陣分解為多個量子門操作的組合包括，將第二量子濾波矩陣分解為多個量子門操作矩陣的加權組合，所述方法還包括：

以存儲在一個量子存儲器中的若干量子比特作為工作系統,以存儲在另一個量子存儲器中的若干量子比特作為輔助系統；

所述根據第一圖像向量，制備第一量子態，包括：

根據第一圖像向量，制備所述工作系統的初態為第一量子態；

所述基于第一量子態、以及所述多個量子門操作，獲得第二量子態，包括：

將所述輔助系統制備為多個本征態的疊加態，在所述疊加態中，各個狀態的權重分別對應于所述多個量子門操作的權重；

根據所述輔助系統的狀態，對工作系統施加所述多個量子門操作；

對輔助系統進行阿達馬門操作，使得輔助系統處于|0〉狀態；

測量所述輔助系統處于|0〉狀態時工作系統所處的量子末態，以其作為第二量子態。

6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述第一經典濾波矩陣為卷積矩陣，

所述卷積矩陣的表達式為：

所述第一量子濾波矩陣的表達式為：

其中，E是M*M的單位矩陣，V1、V2、V3為：

其中，w11–w33為矩陣元素；所述第二量子濾波矩陣的表達式為：

其中：

7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述多個量子門操作為9個量子門操作，所述輔助系統為9個能級的輔助系統，將第二量子濾波矩陣分解為多個量子門操作的加權組合包括，將第二量子濾波矩陣U′分解為：

其中，Q_k為量子門，且為直積(Kronecker積)，v、u為矩陣或矩陣元素下標；且,V′_u(u＝1,2,3)劃分為:

8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多個量子門操作中的任意一個量子門操作通過三種第一算符中的兩種的直積運算獲得，任一種所述第一算符由多個控制非門CNOT和泡利矩陣X門構成。