کتاب Quantum Image Processing in Practice: A Mathematical Toolbox (پردازش تصویر کوانتومی در عمل: یک جعبه ابزار ریاضی) یک راهنمای جامع برای استفاده از پردازش تصویر کوانتومی در کاربردهای عملی است.
این کتاب با ارائه یک جعبه ابزار ریاضی، خوانندگان را با مفاهیم و تکنیک‌های اساسی پردازش تصویر کوانتومی آشنا می‌کند. این کتاب به طور خاص بر کاربردهای عملی این حوزه تمرکز دارد و مثال‌ها و مطالعات موردی را ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد چگونه می‌توان از پردازش تصویر کوانتومی برای حل مشکلات دنیای واقعی استفاده کرد.
در ادامه مقدمه‌ای از کتاب Quantum Image Processing in Practice را از زبان نویسنده شرح خواهیم داد.
مقدمه‌ای بر کتاب Quantum Image Processing in Practice:
دنیای مدرن شاهد کاربردهای قابل توجهی در حوزه پویای پردازش تصویر بوده است، جایی که عملیات‌ها یک تصویر را برای بهبود آن یا استخراج اطلاعات حیاتی تبدیل می‌کنند. این حوزه ای پر جنب و جوش و متنوع است که کاربردهای مختلفی مانند تشخیص چهره، تقسیم بندی و فشرده سازی تصویر، کاهش نویز و موارد دیگر را در بر می‌گیرد.
این برنامه‌ها به تکنیک‌های پیچیده‌ای برای تبدیل، تقویت و استخراج اطلاعات تصویر نیاز دارند. با این حال، این تکنیک‌ها همچنین به منابع محاسباتی قابل توجهی برای ذخیره سازی و پردازش تصویر نیاز دارند که چالش‌های مهمی را برای مقیاس پذیری و کارایی ایجاد می‌کند. بنابراین، نیاز مبرمی به روش‌های پیشرفته‌تر و نوآورانه‌تر برای مدیریت اطلاعات بصری وجود دارد.
از سوی دیگر، محاسبات کوانتومی یک رویکرد احتمالی برای نمایش اطلاعات کلاسیک با استفاده از روش‌های نظریه کوانتومی تعریف می‌کند. محاسبات کوانتومی یک رویکرد احتمالی و موازی برای محاسبات ارائه می‌دهد که اساساً با رویکرد قطعی و متوالی محاسبات کلاسیک متفاوت است.
واحد اساسی اطلاعات کوانتومی، کیوبیت، می‌تواند در یک برهم نهی از دو حالت تا زمان اندازه‌گیری وجود داشته باشد، که موازی‌سازی کوانتومی و درهم تنیدگی را ممکن می‌سازد. این پدیده‌های کوانتومی می‌توانند سرعت نمایی و امنیت بهبود یافته‌ای را برای وظایف محاسباتی خاص، مانند تجزیه اعداد بزرگ، جستجوی پایگاه‌های داده نامرتب، شبیه‌سازی سیستم‌های کوانتومی و حل سیستم‌های معادلات خطی ارائه دهند.
پردازش تصویر کوانتومی (QIP) شاخه‌ای تحقیقاتی از اطلاعات و محاسبات کوانتومی است که هدف آن بهره‌برداری از مزایای محاسبات کوانتومی برای پردازش تصویر است. QIP نحوه رمزگذاری و پردازش تصاویر با استفاده از نمایش‌ها و عملیات مختلف تصویر کوانتومی در یک کامپیوتر کوانتومی را مطالعه می‌کند.
QIP این پتانسیل را دارد که از نظر سرعت محاسبات، امنیت و حداقل نیازهای ذخیره سازی، عملکرد بهتری نسبت به پردازش تصویر کلاسیک داشته باشد. با این حال، QIP با چالش‌ها و سوالات باز بسیاری مانند برتری کوانتومی، خواندن داده‌های کلاسیک، اندازه‌گیری، نویز و تصحیح خطا، مقیاس پذیری و سازگاری و اجرای عملی الگوریتم‌ها و مدارهای QIP روبرو است.
در کتاب Quantum Image Processing in Practice، ما یک مقدمه جامع برای QIP ارائه می‌کنیم که مبانی نظری، پیشرفت‌های روش‌شناختی، تصویربرداری رنگی کواترنیون و کاربردهای عملی QIP را پوشش می‌دهد. ما نمایش‌های تصویر کوانتومی موجود و عملیات آنها، مانند تبدیل هندسی، تبدیل رنگ، فیلتر کردن و تقویت را شرح می‌دهیم.
ما همچنین موضوعات و کاربردهای نوظهور QIP مانند فیلتراسیون تصویر کوانتومی در حوزه فرکانس، کانولوشن و تبدیل‌های واحد سریع را بررسی می‌کنیم. ما وضعیت فعلی تحقیقات QIP را با پرداختن به بحث‌ها و فرصت‌ها و همچنین چالش‌ها و مسیرهای آینده QIP مورد بحث قرار می‌دهیم.
ما الگوریتم‌ها و مدارهای QIP را با مثال‌های دقیق، نمودارها و قطعه کدهای با استفاده از چارچوب Qiskit نشان می‌دهیم. ما همچنین تمرین‌ها و مراجعی را برای یادگیری و تحقیق بیشتر ارائه می‌کنیم.
سازماندهی کتاب Quantum Image Processing in Practice
این کتاب در 14 فصل سازماندهی شده است، به شرح زیر:
فصل 1: مقدمه
این فصل مروری بر مفاهیم و انگیزه‌های اصلی محاسبات کوانتومی و پردازش تصویر ارائه می‌دهد. ساختار و اهداف کتاب Quantum Image Processing in Practice را مشخص می‌کند.
فصل 2: مفاهیم اساسی کیوبیت‌ها
این فصل از کتاب Quantum Image Processing in Practice، به مفاهیم و اصول اصلی، مانند حالات محاسباتی کیوبیت، برهم نهی، عملیات روی کیوبیت‌ها، جایگشت‌ها، گیت‌های ابتدایی و اندازه‌گیری کیوبیت می‌پردازد. عملیات و گیت‌ها را در نمادهای ماتریسی و گرافیکی ارائه می‌کند و با مثال‌هایی آنها را نشان می‌دهد. مدل سه بعدی کیوبیت‌ها به همراه کره شناخته شده بلوخ ارائه می‌شود.
فصل 3: درک سیستم‌های 2 کیوبیتی
این فصل بر سیستم‌های 2 کیوبیتی تمرکز دارد که بلوک‌های سازنده سیستم‌های چند کیوبیتی هستند. ابزارها و تکنیک‌های ریاضی برای دستکاری سیستم‌های 2 کیوبیتی، مانند عملگرهای проекция، ضرب و جمع کرونکر، درهم‌تنیدگی کیوبیت، متعامدسازی و تبدیل‌های واحد را مورد بحث قرار می‌دهد.
همچنین عملیات ابتدایی و گیت‌های اصلی برای سیستم‌های 2 کیوبیتی، مانند CNOT، SWAP، گیت‌های محلی و کنترل‌شده را شرح می‌دهد و خواص و کاربردهای آنها را با مثال‌های عملی بررسی می‌کند.
فصل 4: برهم‌نهی‌ها و عملیات چند کیوبیتی
این فصل از کتاب Quantum Image Processing in Practice مفاهیم و روش‌های سیستم‌های 2 کیوبیتی را به سیستم‌های چند کیوبیتی گسترش می‌دهد که برای پردازش تصویر کوانتومی ضروری هستند. برهم‌نهی‌های چند کیوبیتی از انواع مختلف را بررسی می‌کند. بسیاری از گیت‌های 3 کیوبیتی با 1 و 2 بیت کنترل با ماتریس‌ها و عناصر مدار توصیف می‌شوند.
همچنین گیت‌های کلیدی 3 کیوبیتی، مانند توفولی و فردکین، SWAP بیت و گیت‌های هادامارد را برجسته می‌کند و نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از آنها برای پیاده‌سازی توابع منطق کلاسیک و مدارهای برگشت‌پذیر استفاده کرد.
فصل 5: تبدیل‌های سریع در محاسبات کوانتومی
این فصل از کتاب Quantum Image Processing in Practice، آنالوگ‌های کوانتومی تبدیل‌های سریع کلاسیک، مانند تبدیل‌های مجزای زوجی، فوریه و هادامارد را معرفی می‌کند که به طور گسترده در پردازش تصویر استفاده می‌شوند. توضیحات مفصلی از الگوریتم‌ها و پیاده‌سازی این تبدیل‌های سریع کوانتومی، با پشتیبانی از مثال‌ها و طراحی مدار، ارائه می‌دهد.
همچنین مزایا و معایب این تبدیل‌های سریع کوانتومی را در رابطه با همتایان کلاسیک خود مقایسه می‌کند. مثال‌ها و مدارهای این تبدیل‌ها و معکوس‌های آنها روی 2، 3 و 4 کیوبیت ارائه می‌شوند. تبدیل زوجی هسته اصلی تبدیل‌های فوریه و هادامارد است. بنابراین، تبدیل زوجی کوانتومی به تفصیل شرح داده می‌شود. کانولوشن دایره‌ای کوانتومی 1 بعدی برای فیلترهای فاز با مدارها نیز با مثال‌هایی ارائه می‌شود.
فصل 6: تبدیل پشته القا شده با سیگنال کوانتومی
این فصل از کتاب Quantum Image Processing in Practice، مفهوم جدیدی از تبدیل سریع کوانتومی را ارائه می‌دهد که به اصطلاح تبدیل پشته القا شده با سیگنال مجزا (DsiHT) اشاره دارد که می‌تواند یک تبدیل واحد و سریع منحصر به فرد را برای هر سیگنال معین ایجاد کند.
نظریه و الگوریتم تبدیل پشته القا شده با سیگنال کوانتومی (QsiHT) را توضیح می‌دهد و کاربردهای آن را در تبدیل‌های کسینوسی و هارتلی کوانتومی با مدارهای کوانتومی نشان می‌دهد. همچنین نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از DsiHT برای تجزیه و تجزیه هر تبدیل در مجموعه‌ای از گیت‌ها و جایگشت‌های چرخشی و همچنین برای شروع هر برهم‌نهی کوانتومی از حالت پایه 0 استفاده کرد.
فصل 7: نمایش تصویر کوانتومی با مثال‌ها
این فصل از کتاب Quantum Image Processing in Practice، نمایش‌های مختلف تصویر کوانتومی ارائه شده در ادبیات را شرح می‌دهد و ویژگی‌ها و محدودیت‌های آنها را مقایسه می‌کند. این فصل مدل‌هایی را برای تصاویر خاکستری و رنگی، مانند QLM، NEQR، FRQI، RKL، GQIP، QIRHSI و MQFTR پوشش می‌دهد.
همچنین مدل 2 × 2 نمایش تصویر رنگی را به عنوان یک تصویر خاکستری واحد در محاسبات کوانتومی ارائه می‌دهد. نمایش کوانتومی مدل‌های رنگی مختلف مانند RGB، CMY، XYZ، HSV و HSI را بررسی می‌کند و چالش‌ها و فرصت‌های پردازش تصویر رنگی کوانتومی را مورد بحث قرار می‌دهد.
فصل 8: نمایش تصویر بر روی دایره واحد و MQFTR
این فصل از کتاب Quantum Image Processing in Practice، بر نوع خاصی از نمایش تصویر کوانتومی، به نام نمایش تبدیل فوریه چند کیوبیتی (MQFTR) تمرکز دارد که اطلاعات تصویر را با استفاده از ضرب کرونکر کیوبیت‌ها بر روی دایره واحد رمزگذاری می‌کند. مزایا و معایب MQFTR را توضیح می‌دهد.
برخی از افزونه‌ها و تغییرات MQFTR، مانند MQFTR با انتقال فاز و MQFTR با مدولاسیون دامنه را ارائه می‌کند. همچنین طرح‌های کوانتومی برای تبدیل فوریه کوانتومی دو بعدی را با مثال‌هایی برای تصاویر 4×4 و 8×8 شرح می‌دهد.
فصل 9: حساب جدید بر روی کیوبیت‌ها
این فصل از کتاب Quantum Image Processing in Practice، برخی از مفاهیم و روش‌های جدید عملیات حسابی بر روی کیوبیت‌ها، مانند ضرب، تقسیم، مزدوج و معکوس را معرفی می‌کند. این عملیات را به برهم‌نهی‌های چند کیوبیتی گسترش می‌دهد و خواص و کاربردهای آنها را مورد بحث قرار می‌دهد. همچنین نشان می‌دهد که چگونه می‌توان این عملیات را با استفاده از مدارهای و الگوریتم‌های کوانتومی در جمع تصویر، کانولوشن خطی و فیلتراسیون با مثال‌هایی پیاده‌سازی کرد.
فصل 10: حساب کواترنیون مبتنی بر پردازش تصویر کوانتومی
این فصل از کتاب Quantum Image Processing in Practice، حساب کواترنیون غیرجابجایی در پردازش تصویر رنگی کوانتومی را بررسی می‌کند که می‌تواند برخی مزایا نسبت به حساب پیچیده متعارف ارائه دهد.
بین جبرهای کواترنیون سنتی و جابجایی تفاوت قائل می‌شود و خواص و کاربردهای آنها را مورد بحث قرار می‌دهد. مفهوم جدید گروه ضربی 2 کیوبیتی را ارائه می‌کند و خواص اصلی ضرب 2 کیوبیتی و برهم‌نهی‌های مبتنی بر 2 کیوبیتی را شرح می‌دهد. همچنین نمایش گرافیکی 2 کیوبیتی را شرح می‌دهد.
فصل 11: طرح‌های کوانتومی برای ضرب 2 کیوبیتی
این فصل از کتاب Quantum Image Processing in Practice، مدارهای ضرب 2 کیوبیتی کوانتومی مفصلی را ارائه می‌کند که زیربنای بسیاری از عملیات حسابی کوانتومی هستند. چند مدار ساخته شده با استفاده از مفهوم QsiHT را به نمایش می‌گذارد و عملکرد و پیچیدگی آنها را مقایسه می‌کند. نشان می‌دهد که چگونه مدارهای کوانتومی 4×4 ضرب را با 4، 5 و 6 چرخش طراحی کنیم. همچنین 12 ماتریس هادامارد را به عنوان گیت‌های ضرب شرح می‌دهد.
فصل 12: نمایش تصویر کواترنیون کیوبیتی (QQIR)
این فصل از کتاب Quantum Image Processing in Practice، یک نمایش تصویر کوانتومی جدید، به نام نمایش تصویر کواترنیون کیوبیتی (QQIR) را معرفی می‌کند که ویژگی‌های حساب کواترنیون 4 بعدی و MQFTR را ترکیب می‌کند.
برخی از عملیات اساسی در QQIR، مانند جذر، توان و نمایی را پوشش می‌دهد و نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از آنها برای پردازش تصویر استفاده کرد. برخی از عملیات پیشرفته در QQIR، مانند محاسبه کانولوشن و گرادیان را بررسی می‌کند و کاربردهای آنها را در فیلتر کردن تصویر، تشخیص لبه و استخراج ویژگی نشان می‌دهد. همچنین مفهوم تبدیل فوریه کواترنیون کوانتومی (QQFT) و فیلتراسیون ایده‌آل توسط این تبدیل را شرح می‌دهد.
فصل 13: شبکه‌های عصبی کوانتومی (QNN)
این فصل از کتاب Quantum Image Processing in Practice، محاسبات کوانتومی و یادگیری ماشین را به هم متصل می‌کند و توسعه و کاربردهای شبکه‌های عصبی کوانتومی الهام گرفته از شبکه‌های عصبی کلاسیک را مورد بحث قرار می‌دهد.
تفاوت‌ها، هم‌افزایی‌ها و چالش‌های شبکه‌های عصبی کوانتومی و کلاسیک را برجسته می‌کند و برخی از مدل‌ها و معماری‌های موجود شبکه‌های عصبی کوانتومی را بررسی می‌کند. همچنین برخی از کاربردهای بالقوه شبکه‌های عصبی کوانتومی در پردازش تصویر، مانند طبقه‌بندی تصویر، تشخیص، تقسیم‌بندی، بازیابی و بازسازی را بررسی می‌کند.
فصل 14: نتیجه‌گیری و فرصت‌ها و چالش‌های پردازش تصویر کوانتومی
این فصل مشارکت‌ها و یافته‌های اصلی کتاب را خلاصه می‌کند و وضعیت فعلی و جهت‌گیری‌های آینده پردازش تصویر کوانتومی را منعکس می‌کند. فرصت‌ها و چالش‌های پردازش تصویر کوانتومی، مانند برتری کوانتومی، نویز و تصحیح خطا، مقیاس‌پذیری و سازگاری و پیاده‌سازی عملی را مورد بحث قرار می‌دهد. همچنین برخی پیشنهادات و توصیه‌هایی را برای تحقیقات و توسعه بیشتر در پردازش تصویر کوانتومی ارائه می‌دهد.
کتاب Quantum Image Processing in Practice برای مخاطبان متنوعی، از دانشجویان گرفته تا متخصصان، طراحی شده است و برای کسانی که پیش‌زمینه‌ای در جبر خطی، مکانیک کوانتومی و پردازش تصویر دارند، قابل دسترسی است. مثال‌ها و مراجع متعدد در سراسر متن، کاوش بیشتر و درک عمیق‌تر را تشویق می‌کنند.
ما از همه کسانی که کتاب Quantum Image Processing in Practice را مطالعه کردند سپاسگزاریم. امیدواریم خواننده از یادگیری در مورد تصویربرداری کوانتومی و کاربردهای آن لذت ببرد و ایده‌ها و الهاماتی از روش‌ها و مفاهیم مورد بحث در این کتاب به دست آورد. این کتاب به بررسی حوزه بین رشته‌ای نوظهور تصویربرداری کوانتومی می‌پردازد و مفاهیم اساسی، تکنیک‌های پیشرفته و کاربردها را معرفی می‌کند.
سرفصل‌های کتاب Quantum Image Processing in Practice:
- Preface
- Acknowledgments
- About the Companion Website
- Part I Mathematical Foundation of Quantum Computation
- 1 Introduction
- 2 Basic Concepts of Qubits
- 3 Understanding of Two Qubit Systems
- 4 Multi-qubit Superpositions and Operations
- 5 Fast Transforms in Quantum Computation
- 6 Quantum Signal-Induced Heap Transform
- Part II Applications in Image Processing
- 7 Quantum Image Representation with Examples
- 8 Image Representation on the Unit Circle and MQFTR
- 9 New Operations of Qubits
- 10 Quaternion-Based Arithmetic in Quantum Image Processing
- 11 Quantum Schemes for Multiplication of 2-Qubits
- 12 Quaternion Qubit Image Representation (QQIR)
- 13 Quantum Neural Networks: Harnessing Quantum Mechanics for Machine Learning
- 14 Conclusion and Opportunities and Challenges of Quantum Image Processing
- Index
جهت دانلود کتاب Quantum Image Processing in Practice می‌توانید پس از پرداخت، دریافت کنید.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.