基于动态前瞻深度的量子线路映射研究

1

作者 曹可欣 陈新宇 +3 位作者 朱明强 李响 程学云 管致锦 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期626-637,共12页

随着量子计算技术的快速发展,现在已经进入了噪声中型量子(NISQ)时代。但受限于当前的技术,目前一个量子位只能与相邻的量子位直接交互。为了使量子线路能直接在NISQ设备上执行,需要在逻辑线路中插入SWAP门或使用桥门来近邻化量子位。... 随着量子计算技术的快速发展,现在已经进入了噪声中型量子(NISQ)时代。但受限于当前的技术,目前一个量子位只能与相邻的量子位直接交互。为了使量子线路能直接在NISQ设备上执行,需要在逻辑线路中插入SWAP门或使用桥门来近邻化量子位。为了减少量子线路映射中插入额外量子门的数量,本文研究了基于动态前瞻的线路映射方法,考虑了在拓展层中插入交换门的影响,优化了代价函数模型。通过模拟退火算法来确定插入交换门时的最佳前瞻深度,以减少插入交换门的数量,进而减少CNOT门的数量。实验结果表明,与现有映射方法相比,本文提出的算法减少了插入的CNOT门数,平均优化率达到45.59%。 展开更多

关键词 量子计算 量子映射 动态前瞻 前瞻深度

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一种二维架构下的量子电路布局与优化方法

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作者 张超 管致锦 +2 位作者 冯世光 牛义仁 朱明强 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期570-581,共12页

为解决将量子电路映射到二维架构并实现量子位近邻问题,提出了一种二维架构下的量子电路布局与优化方法。首先根据量子门在量子电路中的执行顺序和相互作用,提出基于量子位权重的深度优先搜索量子位映射次序,再考虑到映射次序的已放入... 为解决将量子电路映射到二维架构并实现量子位近邻问题,提出了一种二维架构下的量子电路布局与优化方法。首先根据量子门在量子电路中的执行顺序和相互作用,提出基于量子位权重的深度优先搜索量子位映射次序,再考虑到映射次序的已放入量子位、待放入量子位和未放入量子位的关系进行量子位的初始布局实现量子位的初始映射;进而对近邻过程中的相同前瞻量子代价的选择进行了优化,再根据优化后的代价结果,插入SWAP门,实现所有双量子门的最近邻。最后利用实验对提出的方法进行了验证,并与已有的方法进行了比较。结果表明所提出方法在中小规模的基准电路上平均优化率达到18%,在中大规模的基准电路上平均优化率达到17%。 展开更多

关键词 量子物理 量子电路 量子映射 最近邻 二维架构

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量子混沌和分数阶Fourier变换的图像加密算法 被引量：2

3

作者 谢国波 邓华军 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2018年第17期214-220,共7页

针对传统的自然混沌系统安全性低的问题,提出了量子混沌和分数阶Fourier变换的图像加密算法。通过引入量子Logistic混沌映射,解决了Logistic映射存在的周期窗口、伪随机和非周期性不好等缺陷,还改善了计算机进行浮点数运算丢失精度的问... 针对传统的自然混沌系统安全性低的问题,提出了量子混沌和分数阶Fourier变换的图像加密算法。通过引入量子Logistic混沌映射,解决了Logistic映射存在的周期窗口、伪随机和非周期性不好等缺陷,还改善了计算机进行浮点数运算丢失精度的问题。同时将混沌系统和分数阶Fourier变换相结合,实现了介于空间域和频域的分数域置乱,克服了传统一些方法只在单一域变换和单纯使用某一种方案而导致参数变量少,系统结构简单,直方图不均匀等缺点。实验和仿真结果表明,该算法具有密钥空间大,计算复杂度低,敏感性强等优点,能够有效地抵御统计分析攻击。 展开更多

关键词 量子映射 图像加密 分数阶FOURIER变换 混沌序列

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基于量子Logistic映射的小波域图像加密算法 被引量：34

4

作者 罗玉玲 杜明辉 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期53-62,共10页

为增强图像加密算法的安全性和高效性,基于量子Logistic混沌映射和二维离散小波变换,提出了一种结合置乱与扩散的自适应图像加密算法.首先,对图像进行离散小波分解,利用量子Logistic映射产生的随机序列对分解得到的低频子带系数进行排序... 为增强图像加密算法的安全性和高效性,基于量子Logistic混沌映射和二维离散小波变换,提出了一种结合置乱与扩散的自适应图像加密算法.首先,对图像进行离散小波分解,利用量子Logistic映射产生的随机序列对分解得到的低频子带系数进行排序,对改变后的小波系数分布结构做小波反变换,得到置乱图像;然后,提取新的混沌序列,逐一替换置乱图像的像素,与此同时扰动量子混沌系统完成像素的自适应替换,从而达到更好的扩散效果.实验结果与性能分析表明,该图像加密算法具有密钥空间大、安全性高和运算速度快等特点,并且加密图像灰度值的分布具有类随机的行为. 展开更多

关键词 信息安全 图像加密 离散小波变换 混沌理论 量子Logistic映射

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改进Arnold变换与量子混沌的图像加密系统 被引量：10

5

作者 黄林荃 刘会 张牧 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2019年第9期1897-1902,共6页

本文设计了一种基于Arnold变换与混沌映射的图像加密系统.密钥生成器以安全哈希算法SHA-256为核心,产生改进离散Arnold变换和量子混沌映射的初始参数.改进离散Arnold变换是针对传统Arnold变换密钥空间不足、周期性、仅置换加密等缺点进... 本文设计了一种基于Arnold变换与混沌映射的图像加密系统.密钥生成器以安全哈希算法SHA-256为核心,产生改进离散Arnold变换和量子混沌映射的初始参数.改进离散Arnold变换是针对传统Arnold变换密钥空间不足、周期性、仅置换加密等缺点进行改进.本系统将传统离散Arnold变换中的矩阵A设计成一个动态矩阵,使其完全依赖于安全哈希算法SHA-256;同时在空间置换结束前为每个像素的坐标添加一对安全密钥,进一步扩大密钥空间.仅置换加密无法抵御统计分析,为克服这一缺陷,同时消除Arnold变换的周期性影响,本文在Arnold置换前利用量子混沌映射对每一个像素进行线性变换.实验结果表明,本文提出的加密系统能够抵御直方图分析、相关性分析、差分攻击、暴力攻击等多种典型攻击,具有很高的安全性和加密效率. 展开更多

关键词 ARNOLD变换 量子混沌映射 动态矩阵 SHA-256 差分攻击

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基于量子混沌映射的高效安全的图像加密算法 被引量：7

6

作者 刘会 金聪 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2016年第11期2227-2233,共7页

提出了一种基于带密钥的广义Arnold变换和量子混沌映射的图像加密算法。首先,利用二维Logistic映射产生初始条件和参数;其次,利用带密钥的广义Arnold变换对彩色图像的像素值进行置换;最后将初始条件和参数代入到量子混沌系统中,由该系... 提出了一种基于带密钥的广义Arnold变换和量子混沌映射的图像加密算法。首先,利用二维Logistic映射产生初始条件和参数;其次,利用带密钥的广义Arnold变换对彩色图像的像素值进行置换;最后将初始条件和参数代入到量子混沌系统中,由该系统产生的一系列伪随机数与图像的像素值进行异或,改变各个位置的像素值,进而达到加密的效果。为了提高加密系统的复杂性和随机性,二维Logistic映射和二维量子混沌映射都结合加权耦合映像格子以运用到加密系统中。 展开更多

关键词 ARNOLD变换 量子混沌映射 二维LOGISTIC映射 最近邻耦合映像格子

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基于SHA-256和Arnold映射的量子Logistic映射图像加密算法 被引量：1

7

作者 杨宇光 王嘉伟 《安徽大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第1期35-42,共8页

在AI和5G时代,各种应用层出不穷,带宽增加和算力提升为众多信息系统的高密集交互提供了基础保障,但同时安全问题日益突显.图像在多媒体通信中有重要作用,且许多图片涉及个人隐私或国家机密,因此图像保护尤为重要.为了解决上述问题,提出... 在AI和5G时代,各种应用层出不穷,带宽增加和算力提升为众多信息系统的高密集交互提供了基础保障,但同时安全问题日益突显.图像在多媒体通信中有重要作用,且许多图片涉及个人隐私或国家机密,因此图像保护尤为重要.为了解决上述问题,提出基于SHA-256和Arnold映射的量子Logistic映射图像加密算法.实验结果表明:该文算法的解密图像与明文图像基本一致;该文算法具有较强的密钥敏感性;相对于其他算法,该文算法具有更强的抵抗统计攻击能力.因此,该文算法具有较强的加密性能. 展开更多

关键词 图像加密 加密算法 SHA-256 ARNOLD映射 量子Logistic映射

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基于量子Logistic映射的图像加密算法研究 被引量：5

8

作者 徐扬 黄迎久 李海荣 《包装工程》 CAS 北大核心 2018年第7期180-186,共7页

目的提出将量子Logistic混沌映射与三维Arnold混沌映射相结合的图像加密算法,以提高图像加密的复杂度。方法首先利用量子Logistic混沌映射生成置乱用的伪随机序列与明文进行整体置乱,再利用三维Arnold混沌映射生成一个整数序列,与置乱... 目的提出将量子Logistic混沌映射与三维Arnold混沌映射相结合的图像加密算法,以提高图像加密的复杂度。方法首先利用量子Logistic混沌映射生成置乱用的伪随机序列与明文进行整体置乱,再利用三维Arnold混沌映射生成一个整数序列,与置乱后的密文进行扩散运算。结果通过仿真实验,加密图像的相关性系数接近于0,密钥敏感性的NPCR和UACI的测试值分别约等于99.60和33.4,信息熵的测试结果约等于7.999,都非常接近于理论值。结论加密算法充分体现了量子混沌映射高复杂度的非线性力学特性。通过仿真实验测试可知,加密算法具有密钥空间大、敏感性强、安全性好的特点。 展开更多

关键词 图像加密 量子logistic映射 三维Arnold映射 置乱

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基于随机优化模型的量子线路映射辅助设计方法

9

作者 卫丽华 朱鹏程 管致锦 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期952-962,共11页

物理量子位之间的受限连通性是含噪中型量子计算设备面临的重要约束之一。量子线路映射方法通过插入量子交换(SWAP)门对量子线路进行变换,使得其中的每一个量子位交互操作均满足物理设备施加的受限连通约束。在噪声环境下,减少插入的SWA... 物理量子位之间的受限连通性是含噪中型量子计算设备面临的重要约束之一。量子线路映射方法通过插入量子交换(SWAP)门对量子线路进行变换,使得其中的每一个量子位交互操作均满足物理设备施加的受限连通约束。在噪声环境下,减少插入的SWAP门数对于提升量子计算成功率有重要意义。以最小化SWAP门数为目标,结合随机搜索技术,提出了一种基于多迭代随机寻优模型的启发式量子线路映射优化方法。实验结果表明,该方法可以通过迭代大幅减少量子线路映射过程所需插入的量子门数,并有效降低结果物理线路对初始映射的依赖程度。 展开更多

关键词 量子计算 量子线路映射 含噪中型量子计算 受限连通性 随机优化

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基于级联混沌系统和量子Baker映射的图像加密算法

10

作者 刘兴斌 刘聪 《信息网络安全》 CSCD 北大核心 2023年第12期49-58,共10页

量子图像加密借助于量子纠缠和叠加特性来提高算法效率,同时,与传统的图像加密算法相比,其在信息传递的安全性上更具优越性。针对量子图像仅在空间域或变换域不能充分置乱混淆的问题,文章提出了空间域和变换域操作相结合的置乱混淆方法... 量子图像加密借助于量子纠缠和叠加特性来提高算法效率,同时,与传统的图像加密算法相比,其在信息传递的安全性上更具优越性。针对量子图像仅在空间域或变换域不能充分置乱混淆的问题,文章提出了空间域和变换域操作相结合的置乱混淆方法。首先,通过量子Baker映射对图像像素的位置进行空间域的置乱。其次,利用量子比特旋转改变空间域像素的灰度信息,其中旋转角度由级联混沌系统产生的伪随机序列来确定;然后,将空间域的量子态转换到傅里叶变换域,并在傅里叶域进行量子比特旋转;最后,利用量子傅里叶逆变换将变换域信息转换到空间域得到密文图像。由于Baker映射周期更长,使得本文算法的密钥空间更大。另外,基于级联混沌系统的旋转参数生成可以减轻密钥传输负担。仿真实验结果验证了本文算法的安全性和有效性,且在复杂度上优于经典图像加密算法。 展开更多

关键词 量子图像处理 图像安全 量子Baker映射 级联混沌系统 图像加密

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量子混沌与折叠算法的图像加密系统 被引量：4

11

作者 金聪 刘会 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期749-755,共7页

本文提出一种量子混沌与折叠算法相结合的图像加密系统。该系统的主要思想是通过量子混沌映射和二维Logistic映射分别进行Arnold变换,得到两个由伪随机数组成的与灰度图像大小相等的矩阵Q、E,然后利用这两个矩阵对图像分别进行以下操作... 本文提出一种量子混沌与折叠算法相结合的图像加密系统。该系统的主要思想是通过量子混沌映射和二维Logistic映射分别进行Arnold变换,得到两个由伪随机数组成的与灰度图像大小相等的矩阵Q、E,然后利用这两个矩阵对图像分别进行以下操作:一是利用矩阵Q对图像从4个方向进行"折叠操作",二是使用前一个像素值与当前像素值进行异或,然后将异或得到的值加上E对应的值,以对当前像素值进行修改,从而达到图像扩散的效果,增加差分攻击的难度。利用MATLAB对测试图像进行模拟仿真分析,结果显示,经该加密系统加密后的图像,其水平、竖直和对角线方向像素值的相关性分别为0.001 006、0.000 152、0.000 789,信息熵H(s)=7.997 3。一系列的实验结果表明该加密系统具有很高的安全性和随机性。 展开更多

关键词 量子混沌映射 LOGISTIC映射 ARNOLD变换 折叠操作 差分攻击

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基于量子Logistic映射构造的跳频序列性能分析 被引量：3

12

作者 赵全生 吴建斌 崔勇强 《科学技术与工程》 北大核心 2014年第34期194-198,共5页

为了获得具有优异抗干扰性和安全性的跳频序列,基于量子Logistic映射,对比于Logistic映射,通过非均匀量化的方法来构造跳频序列;分析了跳频序列的平衡性、汉明相关性、跳频间隔,在FPGA上实现了量子Logistic映射。实验结果表明,在相同的... 为了获得具有优异抗干扰性和安全性的跳频序列,基于量子Logistic映射,对比于Logistic映射,通过非均匀量化的方法来构造跳频序列;分析了跳频序列的平衡性、汉明相关性、跳频间隔,在FPGA上实现了量子Logistic映射。实验结果表明,在相同的条件下(频率数目和序列长度),本文算法在平衡性、汉明相关性方面都优于Logistic映射,跳频间隔和Logistic映射数值接近。基于此,可以将量子Logistic映射应用于跳频通信系统,相应的抗干扰性和安全性优于Logistic映射。 展开更多

关键词 量子Logistic映射 平衡性 跳频间隔 汉明相关性

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基于量子信息处理的量子零水印算法

13

作者 张景波 张云琦 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2021年第5期513-521,共9页

基于量子信息处理提出了一种量子音频的零水印算法.首先利用量子离散余弦变换在宿主量子音频频域内的低频区域提取一组量子序列,然后利用Henon映射对该序列执行加密算法,从而生成量子零水印.通过将Henon映射的量子线路作为零水印的量子... 基于量子信息处理提出了一种量子音频的零水印算法.首先利用量子离散余弦变换在宿主量子音频频域内的低频区域提取一组量子序列,然后利用Henon映射对该序列执行加密算法,从而生成量子零水印.通过将Henon映射的量子线路作为零水印的量子秘钥,有效地提高了量子零水印算法的安全性.本文设计了量子Henon映射置乱和量子零水印生成及提取算法的线路图,对零水印算法的可行性进行了验证.仿真实验表明,与现有的量子音频水印算法相比,本文提出的量子零水印算法具有更好的不可感知性及鲁棒性. 展开更多

关键词 量子信息处理 量子离散余弦变换 量子Henon映射加密 量子零水印

原文传递

量子Baker映射的量子仿真及其干扰的动态抑制

14

作者 叶宾 马小平 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期515-520,共6页

量子信息处理系统中存在的各种干扰严重阻碍了量子计算技术的发展.在比较静态干扰和随机噪声干扰对量子面包师映射(quantum baker’s map)量子仿真算法不同影响的基础上,利用动态解耦法抑制量子计算中的静态干扰.由于随机噪声干扰对量... 量子信息处理系统中存在的各种干扰严重阻碍了量子计算技术的发展.在比较静态干扰和随机噪声干扰对量子面包师映射(quantum baker’s map)量子仿真算法不同影响的基础上,利用动态解耦法抑制量子计算中的静态干扰.由于随机噪声干扰对量子仿真算法有较小的破坏作用,因此利用随机动力学解耦的方法将静态干扰近似转化为随机噪声干扰能够有效抑制静态干扰的破坏作用,提高量子仿真的稳定性.量子态保真度衰减的数值仿真证实了理论分析的正确性. 展开更多

关键词 量子baker映射 量子仿真 动态解耦控制 稳定性

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