量子图像表示及安全关键问题研究

The emergence of quantum computers has completely revolutionized the traditional computation model. In the quantum computer era, quantum information, especially quantum media processing technologies will have important researching significance. Moreover, quantum media (images) security is a crucial issue in quantum media processing. Taking content authentication, template protection and confidentiality for quantum images as applied backgrounds, this project studies the quantum image representation method with universality and low complexity in preparation process. Based on the representation, the project will further research encryption and watermarking strategies for quantum images. The project focused on the key issues about universal and low complexity quantum image representation, the construction of unitary operations, the construction of quantum gates with low complexity and quantum images encryption and authentication. The research establishes foundation for future quantum information and quantum media processing research.

量子计算机的出现彻底颠覆了传统的计算方式。量子信息特别是量子媒体处理技术在量子计算机时代将具有重要的研究意义。量子媒体（图像）安全问题是量子媒体处理中不能回避的至关重要问题。本项目以量子图像的内容认证、模板保护和安全保密为应用背景，研究通用性与低制备复杂度的量子图像表示方法，并以此为基础深入开展量子图像加密算法和量子图像水印算法研究。重点解决通用性和低制备复杂度的量子图像表示、量子态运算酉变换构造、低复杂度量子门构造、以及量子图像加密和认证安全性评价等关键问题。为未来量子信息及量子媒体处理奠定研究基础。

量子计算机是计算机发展历程中的必经阶段，它的出现彻底颠覆了传统的计算方式。量子信息特别是量子媒体处理技术在量子计算机时代将具有重要的研究意义。量子媒体（图像）安全问题是量子媒体处理中不能回避的至关重要问题。本项目以量子图像的内容认证、模板保护和安全保密为应用背景，首先提出了具有通用性的量子图像表示方法及其制备方式，包括量子灰度图像和量子彩色图像的表示，并进一步将其扩展到量子视频的表示方法中。所提出的量子图像和视频表示方法具有更低的制备复杂度、可以表示任意尺寸的量子图像，因此在量子图像处理和安全算法研究中具有更大的灵活性和适用性。其次，在量子图像表示的基础上，完成了量子图像的基本处理算法：初等变换、颜色变换、插值处理等，为进一步研究量子图像水印和量子图像加密的提供支持。然后，设计了基于量子图像频域变换框架的量子图像水印算法、研究了量子图像加密技术、提出了量子图像秘密分享方法。最后建立了量子图像处理、水印和加密的量化评价体系，为量子图像算法研究提供保障。在项目的资助下，发表科研论文22篇（17篇SCI，5篇EI），培养信息安全专业博士研究生3名，硕士研究生4名，本科毕业生5名，为未来量子信息及量子媒体处理奠定研究基础。