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ORCID:  http://orcid.org/0009-0000-3370-5013
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acceso: Acesso Embargado
Fecha de embargo: 2026-07-26
Título: Multigraphs: emergence from Hilbert space subdivision in superposed quantum systems and their image encoding application
Título (s) alternativo (s): Multigrafos: emergência da subdivisão do espaço de Hilbert em sistemas quânticos superpostos e sua aplicação em codificação de imagens.
Autor: Cruz, Luis José Mantilla Santa
Primer orientador: Pereira, João Henrique de Souza
Primer coorientador: Faina, Luis Fernando
Primer miembro de la banca: Rosa, Pedro Frosi
Segundo miembro de la banca: Oliveira, Romerson Deiny
Resumen: Computação quântica emergiu como um campo transformador, oferecendo capacidades sem precedentes que prometem revolucionar diversos domínios, como criptografia, codificação de dados e processamento de informações. Este estudo explora o potencial dos sistemas quânticos e seus fenômenos associados na geração de números pseudo-aleatórios, criptografia de imagem e representação de multigrafos. Inicialmente, esta pesquisa propõe um algoritmo que aproveita as quasi-probabilidades inerentes à mecânica quântica para construir um Gerador de Números Pseudo-aleatórios (PRNG - \textit{Pseudorandom Number Generator}) a partir de um sistema quântico. Através de testes rigorosos, é demonstrada a capacidade deste método em gerar sequências determinísticas de números pseudo-aleatórios, destacando a eficiência e imprevisibilidade dos números aleatórios gerados quanticamente. Posteriormente, é desenvolvido e avaliado um algoritmo de criptografia e descriptografia baseado no PRNG, analisando sua robustez contra ataques comuns, como recorte, ruído e correlação. Os resultados enfatizam a segurança aumentada oferecida pelos esquemas de criptografia baseados em quântica, pavimentando o caminho para a transmissão e armazenamento de imagens fundamentalmente seguros. Além disso, é introduzido um novo framework para representação de multigrafos dentro de sistemas quânticos. Esta abordagem inovadora permite a geração de multigrafos com densidade variável de vértices ou arestas, abrindo novos caminhos para a representação e processamento de dados. Assim, este estudo contribui para o avanço da computação quântica ao demonstrar a eficácia dos sistemas quânticos na geração de números pseudo-aleatórios, melhorando a segurança na criptografia de imagem e oferecendo insights na representação de multigrafos dentro de contextos quânticos.
Abstract: Quantum computing has emerged as a transformative field, offering unprecedented capabilities that promise to revolutionize various domains such as cryptography, data encoding, and information processing. This study explores the potential of quantum systems and their associated phenomena in generating pseudo-random numbers, image encryption, and multigraph representation. Initially, this research proposes an algorithm leveraging quasi-probabilities inherent in quantum mechanics to construct a Pseudo Random Number Generator (PRNG) from a small quantum system. Through rigorous testing, the ability of this approach to generate deterministic sequences of pseudo-random numbers is demonstrated, highlighting the efficiency and unpredictability of quantum-generated random numbers. Subsequently, an encryption and decryption algorithm based on the PRNG is developed and evaluated, analyzing its robustness against common attacks such as cropping, noise, and correlation. The findings underscore the heightened security offered by quantum-based encryption schemes, paving the way for fundamentally secure image transmission and storage. Moreover, this research introduces a novel framework for representing multigraphs within quantum systems. This innovative approach allows the generation of graphs with varying vertex or edge label density, opening new avenues for data representation and processing. Therefore, this study contributes to the advancement of quantum computing by demonstrating the efficacy of quantum systems in generating pseudo-random numbers, enhancing image encryption security, and offering insights into the representation of multigraphs within quantum contexts.
Palabras clave: Quantum computing
Quasi-probability
Pseudo-Random Number Generator
Multigraphs
Computação
Image encoding
Computação Quântica
Geração de Números Pseudo-Aleatórios
Imagem
representação multigráfica
processamento de informações quânticas
Criptografia
Área (s) del CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::PROBABILIDADE E ESTATISTICA::PROBABILIDADE E ESTATISTICA APLICADAS
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA GERAL::FISICA CLASSICA E FISICA QUANTICA MECANICA E CAMPOS
Tema: Computação
Computação quântica
Criptografia de dados (Computação)
Computação gráfica
Idioma: eng
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Cita: CRUZ, Luis José Mantilla Santa. Multigraphs: emergence from Hilbert space subdivision in superposed quantum systems and their image encoding application. 2024. 118 f. Dissertação (Mestrado Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.489.
Identificador del documento: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.489
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/42069
Fecha de defensa: 15-jul-2024
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Aparece en las colecciones:DISSERTAÇÃO - Ciência da Computação

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