انتقال داده مستقیم امن، روشی است که در آن بدون به اشتراک گذاشتن کلیدی سرّی و مشترک، طرفین شرکت کننده در پروتکل، می توانند اطلاعات محرمانه را به طور امن به یکدیگر ارسال نمایند. در پروتکل های انتقال داده مستقیم امن کوانتومی ارائه شده، طرفین شرکت کننده در پروتکل باید از توانایی کامل کوانتومی برخوردار باشند. اما در این رساله برای اولین بار، دو پروتکل نیمه کوانتومی ارائه خواهد شد که در آن فقط یکی از شرکت کننده ها، توانایی کامل کوانتومی دارد و سایر طرفین شرکت کننده در پروتکل، کلاسیک می باشند و نیازی به محاسبات و دستگاه های پیچیده کوانتومی ندارند. تسهیم راز، رویه ای برای تجزیه یک پیام به چندین بخش است به طوری که هیچ زیر مجموعه ای از بخش های آن به طور مستقل، توان خواندن پیام را نداشته باشند، اما با همکاری یکدیگر بتوانند پیام را بخوانند. کامپیوترهای کوانتومی می توانند این کار را بدون رمزگذاری و نیاز به کلید مشترک و با بهره بردن از خواص فیزیک کوانتومی انجام دهند. در ادامه پس از بیان مقدماتی در مورد محاسبات کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی و مفهوم نیمه کوانتومی، ابتدا دو پروتکل انتقال داده مستقیم امن نیمه کوانتومی ارائه شده است. همچنین در ادامه، روشی بهبود یافته از لحاظ کارایی و امنیت برای پروتکل تسهیم راز نیمه کوانتومی بیان شده است. پس از آن نیز پروتکلی برای تعمیم تسهیم راز نیمه کوانتومی به بیش از دو گیرنده و بدون کاهش کارایی و امنیت ارائه شده است.

با پیشرفت روز افزون تکنولوژی و نظریه مور مبنی بر کوچک شدن ترانزیستورها تا ابعاد زیر اتمی، محاسبات مرسوم محدودیت هایی مانند اتلاف گرما، کاهش سرعت و کاهش تراکم بسته بندی را از خود نشان دادند. عصر جدید از موفقیت توسط انقلاب محاسبات ساخته شده است و محاسبات برگشت پذیر به عنوان یک راه حل برای مشکلات رخ داده بین محاسبات مرسوم و پیش بینی مور ظهور کرده است. برای استفاده از مزایای منطق برگشت پذیر می توان مدارهای برگشت ناپذیر رایج را با استفاده از دروازه های برگشت پذیر ساخت. مدارهای جمع کننده ها یکی از مهم ترین عناصر در مدارهای دیجیتال و یکی از اساسی ترین بلوک های ساختمانی در مدارهای حسابی، فیلترها و پردازشگرهای سیگنال دیجیتال هستند. بنابراین ارائه یک طراحی بهینه از این عناصر کمک قابل توجهی به طراحی و توسعه دیگر واحدهای محاسباتی خواهد کرد. هدف این پایان نامه طراحی چند نوع از مدارهای جمع کننده می باشد که توانسته پارامترهای مدار را بهبود دهد.