Un Estudio Comparativo de la Transformada de Haar Cuántica y la Transformada de Fourier Cuántica para la Transmisión de Imágenes Cuánticas
Autores: Jayasinghe, Udara; Fernando, Thanuj; Fernando, Anil
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un Estudio Comparativo de la Transformada de Haar Cuántica y la Transformada de Fourier Cuántica para la Transmisión de Imágenes Cuánticas
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión de la tecnología y la inovación
Palabras clave
Comunicación cuántica
Ruido de canal
Transmisión de imágenes cuánticas
Métodos de codificación cuántica
Transformada cuántica de Fourier
Transformada de wavelet de Haar cuántica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La comunicación cuántica ha logrado importantes mejoras en el rendimiento en comparación con los sistemas clásicos, pero sigue siendo sensible al ruido del canal y a la decoherencia. Estas limitaciones se vuelven especialmente críticas en la transmisión de imágenes cuánticas, donde los datos visuales de alta dimensión deben preservarse con fidelidad estructural y robustez. En este contexto, los métodos de codificación cuántica basados en transformadas han surgido como enfoques prometedores, sin embargo, su rendimiento relativo en condiciones ruidosas no ha sido completamente explorado. Este artículo presenta un estudio comparativo de dos de estos métodos, la transformada cuántica de Fourier (QFT) y la transformada de wavelet cuántica de Haar (QHWT), dentro de un marco de transmisión de imágenes. El proceso comienza con la codificación de fuente (JPEG/HEIF), seguida de la codificación de canal para mejorar la resiliencia al error. Los flujos de bits se mapean luego en estados cuánticos utilizando codificación de qubits variable y se transforman utilizando QFT o QHWT antes de la transmisión a través de canales cuánticos ruidosos. En el receptor, se aplican las operaciones de decodificación correspondientes para reconstruir las imágenes. Los resultados de simulación demuestran que la QFT logra un rendimiento superior en condiciones ruidosas, entregando consistentemente valores más altos de Relación Señal a Ruido de Pico (PSNR), Medida de Índice de Similitud Estructural (SSIM) y Índice de Calidad Universal (UQI) en diferentes tamaños de qubit y formatos de imagen en comparación con la QHWT. Esta ventaja surge porque la QFT distribuye uniformemente la información a través de todos los estados base, haciéndola más resistente al ruido. En contraste, la QHWT genera coeficientes localizados que capturan detalles estructurales de manera efectiva, pero se vuelven altamente vulnerables cuando los coeficientes dominantes se corrompen. En consecuencia, mientras que la QHWT enfatiza la fidelidad estructural, la QFT proporciona una robustez superior, subrayando una compensación fundamental en la comunicación de imágenes cuánticas.
Descripción
La comunicación cuántica ha logrado importantes mejoras en el rendimiento en comparación con los sistemas clásicos, pero sigue siendo sensible al ruido del canal y a la decoherencia. Estas limitaciones se vuelven especialmente críticas en la transmisión de imágenes cuánticas, donde los datos visuales de alta dimensión deben preservarse con fidelidad estructural y robustez. En este contexto, los métodos de codificación cuántica basados en transformadas han surgido como enfoques prometedores, sin embargo, su rendimiento relativo en condiciones ruidosas no ha sido completamente explorado. Este artículo presenta un estudio comparativo de dos de estos métodos, la transformada cuántica de Fourier (QFT) y la transformada de wavelet cuántica de Haar (QHWT), dentro de un marco de transmisión de imágenes. El proceso comienza con la codificación de fuente (JPEG/HEIF), seguida de la codificación de canal para mejorar la resiliencia al error. Los flujos de bits se mapean luego en estados cuánticos utilizando codificación de qubits variable y se transforman utilizando QFT o QHWT antes de la transmisión a través de canales cuánticos ruidosos. En el receptor, se aplican las operaciones de decodificación correspondientes para reconstruir las imágenes. Los resultados de simulación demuestran que la QFT logra un rendimiento superior en condiciones ruidosas, entregando consistentemente valores más altos de Relación Señal a Ruido de Pico (PSNR), Medida de Índice de Similitud Estructural (SSIM) y Índice de Calidad Universal (UQI) en diferentes tamaños de qubit y formatos de imagen en comparación con la QHWT. Esta ventaja surge porque la QFT distribuye uniformemente la información a través de todos los estados base, haciéndola más resistente al ruido. En contraste, la QHWT genera coeficientes localizados que capturan detalles estructurales de manera efectiva, pero se vuelven altamente vulnerables cuando los coeficientes dominantes se corrompen. En consecuencia, mientras que la QHWT enfatiza la fidelidad estructural, la QFT proporciona una robustez superior, subrayando una compensación fundamental en la comunicación de imágenes cuánticas.