In quantum image processing, a fundamental step is encoding classical image data into quantum states. This can be achieved using methods such as Flexible Representation of Quantum Images (FRQI), Quantum Probability Image Encoding (QPIE), and Novel Enhanced Quantum Representation (NEQR). However, on real quantum hardware, these encodings can quickly lead to circuits with many gates, large circuit depth, and high qubit usage, which is a problem for Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices. In this work, we investigate whether low-rank state approximation, formulated via Schmidt decomposition, can help reduce this complexity. The method keeps only the most significant parts of a quantum state's entanglement structure, making state preparation more efficient while preserving most of the image information. We compare the three encoding techniques in their original form and with low-rank approximation, evaluating metrics such as circuit depth, CNOT count, MSE, and visual quality of reconstructed images. The results reveal meaningful trade-offs between accuracy and resource efficiency, with the FRQI model achieving a 97 percent reduction in circuit depth while maintaining a near-perfect reconstruction (MSE of about 0.27). This demonstrates the potential of low-rank techniques for advancing practical quantum image processing on near-term hardware.


翻译:在量子图像处理中,基本步骤是将经典图像数据编码为量子态。这可通过柔性量子图像表示(FRQI)、量子概率图像编码(QPIE)和新型增强量子表示(NEQR)等方法实现。然而,在实际量子硬件上,这些编码方式会迅速导致电路包含大量量子门、电路深度大、量子比特使用量高,这对含噪声中等规模量子(NISQ)器件而言是一个问题。本文研究了基于施密特分解的低秩态近似能否帮助降低这种复杂性。该方法仅保留量子态纠缠结构中最显著的部分,使态制备更高效,同时保留大部分图像信息。我们比较了这三种编码技术的原始形式与低秩近似形式,评估了电路深度、CNOT计数、MSE和重建图像的视觉质量等指标。结果显示,在精度与资源效率之间存在有意义的权衡,其中FRQI模型在保持近乎完美的重建(MSE约为0.27)的同时,电路深度减少了97%。这表明低秩技术在推动近期硬件上实用量子图像处理方面具有潜力。

0
下载
关闭预览

相关内容

量子增强计算机视觉:超越经典算法
专知会员服务
20+阅读 · 2025年10月9日
【2022新书】给工程师的量子机器学习简介,204页pdf
专知会员服务
55+阅读 · 2022年5月22日
细粒度图像分类的深度学习方法
专知会员服务
43+阅读 · 2021年10月18日
专知会员服务
37+阅读 · 2021年9月12日
如何设计基于深度学习的图像压缩算法
论智
41+阅读 · 2018年4月26日
Deep Image Prior:深度卷积网络先天就理解自然图像
极市平台
10+阅读 · 2017年12月5日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
2+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员