量子电影表示方法及其蒙太奇操作

导读

量子信息学作为量子物理和信息科学的交叉学科，经过近三十年突飞猛进的发展，在量子通信、量子密码术、量子计算机等方面都已经获得了举世瞩目的成就。自1982年诺贝尔物理学奖获得者Richard P. Feynman提出量子计算机的物理模型并预言其将具有比经典计算机更强大的计算能力后，关于量子信息学的研究就从未中断过。20世纪90年代，Peter W. Shor提出的大因数分解算法和Lov K. Grover提出的量子搜索算法极大地提高了传统难解问题的解决效率，进一步验证了量子计算机处理某些算法的卓越性。在我国，量子调控研究被列入国家“十三五”科学和技术发展规划国家重大科学研究计划；量子计算与量子通信也被列入国家自然科学基金委发展规划重点研究领域，并将被作为中国工程科技中长期发展战略。

作为量子信息学中一个重要的研究领域，量子图像处理是量子力学同经典图像处理的结晶。目前的量子图像处理算法一部分是利用量子力学原理优化经典的或非量子的图像处理操作；另一部分是在量子信息领域编译图像并完成处理与应用任务。事实上，所有这些关于量子图像处理的研究成果都证实在量子信息领域的图像处理可以利用量子力学的基本原理，如量子并行和量子纠缠，加速某些处理任务、减少计算资源、完成信息安全传递。

本文提出一种在量子计算机上表达并操作彩色电影信息的架构(Chromatic Framework for Quantum Movies, CFQM)，该架构利用多通道量子图像表达式(Multi-Channel Quantum Images，MCQI)将色彩信息融合到电影序列的每一帧中，同时为每一帧图像赋予唯一的时间标签。基于CFQM的数学表示及MCQI的内在属性，本文实现多种彩色量子电影的转换操作，例如帧到帧(Frame-To-Frame, FTF)操作、感兴趣通道(Color Of Interest, COI)操作以及图像子块交换(Sub-Block Swapping, SBS)操作。其次，本文利用上述转换操作实现量子电影在心理蒙太奇、对比蒙太奇以及平行蒙太奇等领域的应用。最后，本文讨论将音频信息集成在CFQM中进而实现有声彩色电影的量子电路实现方法。

文章精要

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Frontiers of Computer Science

Frontiers of Computer Science （FCS）是由教育部主管、高等教育出版社出版、SpringerNature 公司海外发行的英文学术期刊。本刊于 2007 年创刊，双月刊，全球发行。主要刊登计算机科学领域具有创新性的综述论文、研究论文等。本刊主编为李未院士，执行主编为熊璋教授和周志华教授。编委会及青年 AE 团队由国内外知名学者及优秀青年学者组成。本刊被 SCI、Ei、DBLP、INSPEC、SCOPUS 和中国科学引文数据库（CSCD）核心库等收录，为 CCF 推荐期刊；两次入选“中国科技期刊国际影响力提升计划”；入选“第4届中国国际化精品科技期刊”。