1.基于NEQR表达的量子图像分割方法,其特征在于,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;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n n
尺寸信息2×2;
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;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;
步骤S133,由辅助量子比特控制灰度值的变化,利用CNOT门,使表示灰度值的二进制串需要为1的地方变为1,实现位置信息与灰度信息的一一对应关系,从而完成一个像素的制备,之后将两个辅助量子比特使用置零门置零复位以及位置信息比特位进行还原;
步骤S134,重复步骤S132‑步骤S133,直到完成图像中所有像素的制备;S2具体包括:步骤S21,给定两个n比特量子态组成的复合系统|a>|b>,采用量子比特串比较器QBSC实现量子比特串|a>=|an‑1an‑2...a0>和|b>=|bn‑1bn‑2...b0>之间的比较运算,QBSC是如下式所示的酉演化UCMP:
其中,l为复合系统|a>|b>包含的总量子比特数,比较器的实现还需要另外l+2个被初始化为0的辅助量子比特;|Ψ>为拥有l个量子比特的输出态,最后的两个量子比特态|x>|y>携带比较所得的结果信息,|a>和|b>分别为进行比较的两个量子比较串;
步骤S22,将辅助量子比特的位数优化为5个,设计n量子比特串进行比较的量子线路;
步骤S23,采用步骤S22设计好量子线路将整幅图像的像素与阈值之间进行比较运算,将源图像中像素值超出阈值的像素置零,其余像素灰度值保持不变,进而实现图像分割。
2.根据权利要求1所述的基于NEQR表达的量子图像分割方法,其特征在于,所述步骤S23中整幅图像的像素灰度信息与位置信息是一个叠加态,由步骤S13制备过程制备产生;
且在步骤S13制备过程中采用的两位辅助量子比特位,在图像制备完成之后通过置零门置零,作为存储阈值信息的量子寄存器被继续使用。
3.根据权利要求1‑2任一项所述的基于NEQR表达的量子图像分割方法,其特征在于,所述步骤S3具体包括对分割处理之后的量子图像表达式中每个量子位进行测量操作,量子灰度图像将会发生塌缩,最终以概率振幅的形式输出每个像素的位置信息和灰度信息;所述步骤S3还包括将概率信息图像化,得到分割后的图像。