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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/42069
ORCID: | http://orcid.org/0009-0000-3370-5013 |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Embargado |
Embargo Date: | 2026-07-26 |
Title: | Multigraphs: emergence from Hilbert space subdivision in superposed quantum systems and their image encoding application |
Alternate title (s): | Multigrafos: emergência da subdivisão do espaço de Hilbert em sistemas quânticos superpostos e sua aplicação em codificação de imagens. |
Author: | Cruz, Luis José Mantilla Santa |
First Advisor: | Pereira, João Henrique de Souza |
First coorientator: | Faina, Luis Fernando |
First member of the Committee: | Rosa, Pedro Frosi |
Second member of the Committee: | Oliveira, Romerson Deiny |
Summary: | 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. |
Keywords: | 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 |
Area (s) of 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 |
Subject: | Computação Computação quântica Criptografia de dados (Computação) Computação gráfica |
Language: | eng |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação |
Quote: | 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. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.489 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/42069 |
Date of defense: | 15-Jul-2024 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Ciência da Computação |
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MultigraphsEmergenceHilbert.pdf Until 2026-07-26 | Dissertação | 5.85 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
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