图像凭借其形象、直观、易懂等特性成为当今社会保存、传递信息的重要媒介。更快的网速不仅使用户渴望高清图像,而且使人们追求高效的图像加密算法及其硬件。正是在这种迫切需求的驱动下,研究人员把目光投向了具有天然并行计算能力的量子计算技术并由此产生了一个新的研究方向:量子图像加密。量子图像加密是数字图像加密技术与量子信息技术相结合的交叉研究领域。本文在充分利用量子图像自身特性的前提下给出了保障图像安全的加密算法,并借助基本量子逻辑门设计了量子图像加密算法的量子线路。本文的具体研究工作概括如下:定义了量子广义仿射变换并设计了实现该变换的量子线路,进一步提出了基于量子广义仿射变换与Logistic映射的图像加密算法。该量子图像加密算法使用受Logistic映射控制的量子异或门加密量子图像的颜色信息,使用量子广义仿射变换置乱量子图像的位置信息。仿真结果显示,该量子图像加密算法密钥空间大、安全性高,且与基于经典广义仿射变换的数字图像加密算法相比计算复杂度更低。构建了量子多图像表示模型,给出了量子三维Arnold变换的定义以及实现该变换的量子线路,并在此基础上提出了基于量子多图像表示模型与量子三维Arnold变换的多图像加密算法。新提出的量子多图像加密算法使用三维Arnold变换加密量子图像的位置信息,使用受二维成对Logistic映射控制的量子异或操作加密量子图像的颜色信息。与现有的量子图像加密算法相比,新提出的量子多图像算法不仅具有同时加密多幅图像的能力而且具有更高的安全性。