量子图像处理融合了量子信息和数字图像处理等理论,是一个新兴的研究领域。量子态的叠加和量子纠缠态的非局域关联特性使得图像处理的效率大幅提高,因此量子图像处理引起了人们的广泛关注。针对经典图像加密算法处理速度慢和安全级别不够高的缺点,本文结合量子图像关联分解、量子Arnold变换和量子循环移位操作等提出了两个量子图像加密方案。本文主要研究内容如下:基于量子迭代含参Arnold变换和图像关联分解提出了量子多图像加密算法。构造了量子迭代含参Arnold变换,并给出了其量子线路实现。该算法对四幅明文图像执行二维离散小波变换得到相应的四幅低频图像,将这四幅低频图像重新组合成一幅新图像,由图像关联分解编码图像的灰度信息,并利用量子迭代含参Arnold变换对新图像进行置乱。算法的密钥包括量子迭代含参Arnold变换的三个参数、迭代次数以及图像关联分解中的三个二进制序列。对算法的密钥空间、安全性和计算复杂度等的分析表明:与经典的图像加密算法相比,该算法能够以更低的计算复杂度同时加密多幅图像。基于量子广义Arnold变换和循环移位操作提出了量子图像加密算法。构造了量子循环移位操作及其量子线路实现。该算法利用广义Arnold变换置乱量子图像,由量子循环移位操作改变置乱后图像的灰度信息。该算法采用四维超混沌系统生成四个超混沌序列,分别用于控制量子循环移位操作的循环次数,广义Arnold变换的两个参数和广义Arnold变换的迭代次数。该算法的密钥为四维超混沌系统的四个初始值,密钥空间较大。理论分析和仿真实验表明该量子图像加密算法的性能优于相应的经典图像加密算法。