پس از مطرح شدن قانون g. moore مبنی بر کوچک شدن ترانزیستورها تا ابعاد زیر اتمی، دغدغه محققین یافتن راهی بود که بتوان محاسبات را در ابعاد زیر اتمی انجام داد. بدین ترتیب محاسبات از دنیای کلاسیک وارد دنیای کوانتوم شد و محاسبات کوانتومی نام گرفت که ترکیبی از مکانیک کوانتومی، علوم کامپیوتر و محاسبات کلاسیکی است. یکی از شاخه های مهم محاسبات و علم اطلاعات کوانتومی، رمز نگاری کوانتومی است که ارتباطات در ابعاد زیر اتمی را امن می-کند. امروزه با پیشرفت رمزنگاری کوانتومی، این زمینه از علم اطلاعات کوانتومی شاخه های متعددی به خود گرفته است. از مهم ترین شاخه های رمزنگاری کوانتومی، اشتراک محرمانه کوانتومی است. مهم ترین هدف این زمینه از ارتباط کوانتومی، جلوگیری از فعالیت انفرادی گیرنده ناصادق است. این هدف، اشتراک محرمانه کوانتومی را از سایر زمینه های رمز نگاری کوانتومی متمایز می سازد زیرا علاوه بر ایجاد امنیت در برابر استراق سمع کننده خارجی (حمله های خارجی)، امنیت را در برابر کاربر ناصادق (حمله های داخلی) برقرار می کند. هدف ما در این پایان نامه، طراحی پروتکل هایی بر اساس اشتراک محرمانه کوانتومی است که کاربران بدون توزیع کلید و بطور مستقیم با یکدیگر در ارتباط باشند؛ به این زمینه از ارتباطات، اشتراک محرمانه کوانتومی بر اساس ارتباط مستقیم امن می گویند که ساده تر است و پیاده سازی آن با تکنولوژی امروزی راحت تر است. در این پایان نامه با سه روش در زمینه اشتراک محرمانه کوانتومی بر اساس ارتباط مستقیم امن، با طراحی مدارات جدید توسط گیت های کوانتومی و ایده بیت های معادل و تعریف عملگرهای پائولی با حالات زوج های epr، پروتکل هایی پیشنهاد می شود که نسبت به کارهای مرتبط پیشین، بازدهی را افزایش می دهد. افزایش بازدهی، حاصل افزایش حجم پیام منتقل شده به گیرنده ها به ازای استفاده از تعداد برابری از کیوبیت ها است. از سوی دیگر، باید پروتکل-های پیشنهادی در برابر حملات استراق سمع کننده ایمن باشند. ایجاد امنیت در فرایند انتقال پیام در پروتکل های پیشنهادی، با مراحل کنترل امنیت صورت می گیرد. در بخش های تحلیل امنیت با محاسبه احتمال آشکار شدن استراق سمع کننده در حملاتی که امکان انجامش وجود دارد، نشان می دهیم که پروتکل های پیشنهادی امن هستند. ?