در قرن بیستم میلادی گوردن مور پیش بینی نمود که ابعاد ترانزیستورها هر دو سال یک بار، نصف می گردد. بر اساس این پیش بینی که مبنی بر کوچک شدن ترانزیستورها تا ابعاد زیر اتمی است، دغدغه محققین یافتن راهی بود که بتوان محاسبات را در ابعاد زیر اتمی انجام داد. به این ترتیب محاسبات کوانتومی پیشنهاد گردید که تلفیقی از علوم رایانه، محاسبات کلاسیکی و مکانیک کوانتومی است. برای تبادل اطلاعات به صورت امن در دنیای کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی مطرح می گردد. یکی از شاخه های مهم رمزنگاری کوانتومی ارتباط مستقیم امن کوانتومی است، مهم ترین هدف در این زمینه تبادل امن اطلاعات بین کاربران به صورت مستقیم و بدن بهره گیری از کلید در کانال کوانتومی است. هدف ما در این پایان نامه، طراحی پروتکل هایی در زمینه ارتباط مستقیم امن کوانتومی و همچنین گفت و گوی کوانتومی امن است، که کاربران بدون هیچ گونه توزیع کلیدی به صورت مستقیم به پیام محرمانه یکدیگر دست خواهند یافت. همچنین هدف ارتقاء بازدهی و امنیت در پروتکل های پیشین با افزایش حجم پیام منتقل شده به گیرنده ها به ازای استفاده از تعداد برابر یا کم تر کیوبیت است. در این پایان نامه چهار پروتکل در دو دسته ی پردازش موازی و متوالی طراحی شده است و ایجاد امنیت در فرایند انتقال پیام با مراحل کنترل امنیت صورت می گیرد. در پروتکل های طراحی شده بازدهی و امنیت نسبت به پروتکل های مشابه پیشین بهبود یافته است.