基于ancilla量子位的多通道量子视频生成及加密方法研究

Exploiting the promises that quantum computation and quantum information offers to us, the production and encryption of multi-channel quantum video is proposed. The color information on RGB channels of the quantum video is stored concurrently by utilizing many fewer qubits and the quantum video could be retrieved in classical domain by means of the quantum measurement on ancilla qubits. In addition, the quantum information key is dynamically generated by applying the quantum measurement on the key frames of the quantum video so that the color information and geometric information in the quantum video could be transformed, which ensures the realization of a secure, fast, and flexible encryption to multi-channel quantum video. Another contribution in this study is establishing a simulation system to simulate the representation and retrieval of multi-channel quantum video, the dynamic generation and compression storage of quantum information key, and the encryption and decryption of quantum video. The study will open the door towards color quantum video processing and significantly contribute to the video processing and secure communication on quantum computers.

本项目基于量子信息处理相关算法和理论，研究多通道量子视频的生成及加密方法。该量子视频依靠较少的量子比特同时存储RGB三个通道的颜色信息，并借助位于ancilla量子位的测量技术实现量子视频在经典领域的读取操作；通过对量子视频关键帧进行测量生成动态量子信息键值，从而控制量子视频的颜色信息变换和几何信息变换，实现多通道量子视频安全、快速、灵活的加密方法；同时构建一个多通道量子视频生成及加密仿真实验平台，模拟多通道量子视频表达及读取、量子信息键值动态生成及压缩存储、量子视频加密及解密等过程。该项目开启了彩色量子视频的研究旅程，对量子计算机上的视频处理及安全传递有重要的意义。

本项目主要研究多通道量子视频表示及生成方法、动态量子信息键值编码规则与存储方法以及多通道量子视频加密与解密方法。项目执行过程中，具体解决基于ancilla量子位测量技术读取多通道量子视频信息、利用视频关键帧RGB通道测量方法生成量子信息键值以及利用基本量子门设计量子颜色变换和量子几何变换操作等关键科学问题。同时，在项目执行过程中，项目组一直探索量子状态在其他信息表达方面的研究。在技术上，量子图像的表达是利用量子状态编译图像中的位置和颜色两部分信息，目前项目组已经在基于量子结构的机器人情感空间建模方法和基于测量的复杂背景下量子视频动目标检测方法中取得诸多进展。在本项目资助下，项目组完成学术论文9篇（其中SCI检索6篇、EI检索3篇），出版学术专著1部，申请发明专利4项（其中授权1项），培养博士研究生1名和硕士研究生2名。