近年来,集成电路技术飞速发展。随着器件特征尺寸进入纳米量级,出现了一系列诸如漏电流、高功耗、复杂布线与串扰等非理想现象,严重影响了集成电路的发展,因此需要有新的技术来取代CMOS技术。科研人员研发出多种新型的纳米器件如量子元胞自动机(Quantum-dot cellular automata, QCA)、单电子晶体管、共振隧穿二极管等。其中,量子元胞自动机以其独特的结构特性和组装形式提供了一种全新的计算和信息处理模式。与经典电路相比,QCA电路功耗更低、集成度更高、运算速度更快,种种优点使其成为最有可能取代传统CMOS技术的纳米技术。目前,QCA电路已被广泛研究,传统电路中的存储器、触发器、加法器、乘法器等电路已经可以实现,而且由QCA搭建的FPGA系统也有所发展。本文主要致力于QCA全加器的设计与应用研究。首先是对QCA的基础知识进行介绍,然后对QCA电路中的时钟方案进行归纳总结。最后通过前期对QCA电路设计以及基本逻辑单元的研究分析,对原有的五输入择多门提出改进并运用到全加器电路中。结果表明本文所设计的全加器不但稳定性强,而且在元胞数目以及电路占用面积上都有优势。在此基础上,进一步研究全加器在数字电路中的应用,将全加器运用到大规模电路中,包括多位加法器以及乘法器。结果表明电路不仅能实现正确的功能,而且比以往的电路性能更好。