En un futuro, cuando las computadoras cuánticas, aunque no estén disponibles para el público, lleguen a ser una realidad, los atacantes podrán desencriptar la información de las redes fácilmente debido a la capacidad de los ordenadores cuánticos de resolver ciertos problemas con una rapidez inimaginable. Esto podrá causar grandes pérdidas económicas y filtraciones masivas de datos de millones de empresas y personas. Las computadoras logran resolver determinados problemas mucho más eficientemente que los sistemas clásicos, y eso impacta directamente en la seguridad. La tecnología de Distribución Cuántica de Claves (QKD, sus siglas en inglés), podría considerarse una de las soluciones más prometedoras para garantizar la seguridad de las comunicaciones en una época post-cuántica. Existen otras soluciones como PQC, pero este trabajo se centrará exclusivamente en QKD. Sin embargo, las implementaciones reales de QKD no están exentas de posibles vulnerabilidades, como ataques de canal lateral, denegaciones de servicio o intervenciones en el canal cuántico, que pueden comprometer tanto la integridad como la disponibilidad del sistema. La infraestructura clásica de la arquitectura QKD también es vulnerable, como cualquier otra infraestructura clásica, por ello es tan importante securizarla. Estos nodos que son vulnerables a ataques físicos pueden explotarse con ataques clásicos de hacking. El objetivo de este trabajo es estudiar la seguridad de las redes QKD desde un enfoque integral que combine la evaluación de vulnerabilidades en los nodos físicos mediante herramientas de análisis de red y pentesting, con el desarrollo de un sistema capaz de detectar intrusiones en el canal cuántico y redirigir automáticamente el tráfico por una ruta segura. Para ello se ha diseñado un entorno simulado para comprobar la eficacia de las herramientas. Estas dos herramientas se implementarán dentro de un pipeline de detección y contramedidas donde se aprovecharán ambas soluciones conjuntamente para obtener una mejora significativa de la seguridad en la red. Los resultados obtenidos muestran que aplicar las técnicas tradicionales de la ciberseguridad sobre los nodos QKD permite reducir significativamente la superficie de ataque, y que es posible desarrollar un sistema capaz de asegurar disponibilidad en las redes QKD incluso en caso de ataques al sistema. Este enfoque híbrido demuestra la viabilidad de aplicar mecanismos de defensa clásicos y dinámicos en un entorno cuántico, y de esta manera, sienta las bases para futuras redes QKD más robustas, adaptativas y seguras. ABSTRACT In the future, when quantum computers, even if not available to the public, become a reality, attackers will be able to decrypt network information easily due to the ability of quantum computers to solve certain problems at unimaginable speeds. This could lead to major economic losses and massive data breaches affecting millions of companies and individuals. Quantum computers are capable of solving specific problems much more efficiently than classical systems, and this directly impacts security. Quantum Key Distribution (QKD) technology could be considered one of the most promising solutions to ensure secure communications in a post-quantum era. Other solutions such as PQC also exist, but this work will focus exclusively on QKD. However, real-world QKD implementations are not free from potential vulnerabilities, such as side-channel attacks, denial-of-service attacks, or interventions in the quantum channel, which can compromise both the integrity and availability of the system. The classical infrastructure of the QKD architecture is also vulnerable, just like any other classical infrastructure, which is why securing it is so important. These nodes, which are vulnerable to physical attacks, can be exploited using classical hacking techniques. The objective of this work is to study the security of QKD networks from a comprehensive approach that combines the evaluation of vulnerabilities in physical nodes using network analysis and pentesting tools, with the development of a system capable of detecting intrusions in the quantum channel and automatically redirecting traffic through a secure route. For this purpose, a simulated environment has been designed to test the effectiveness of these tools. Both tools will be implemented within a detection and countermeasure pipeline, where both solutions will be used together to achieve a significant improvement in network security. The results obtained show that applying traditional cybersecurity techniques to QKD nodes significantly reduces the attack surface, and that it is possible to develop a system capable of ensuring availability in QKD networks even in the event of attacks on the system. This hybrid approach demonstrates the feasibility of applying classical and dynamic defense mechanisms in a quantum environment, thereby laying the groundwork for future QKD networks that are more robust, adaptive, and secure.
En un futuro, cuando las computadoras cuánticas, aunque no estén disponibles para el público, lleguen a ser una realidad, los atacantes podrán desencriptar la información de las redes fácilmente debido a la capacidad de los ordenadores cuánticos de resolver ciertos problemas con una rapidez inimaginable. Esto podrá causar grandes pérdidas económicas y filtraciones masivas de datos de millones de empresas y personas. Las computadoras logran resolver determinados problemas mucho más eficientemente que los sistemas clásicos, y eso impacta directamente en la seguridad. La tecnología de Distribución Cuántica de Claves (QKD, sus siglas en inglés), podría considerarse una de las soluciones más prometedoras para garantizar la seguridad de las comunicaciones en una época post-cuántica. Existen otras soluciones como PQC, pero este trabajo se centrará exclusivamente en QKD. Sin embargo, las implementaciones reales de QKD no están exentas de posibles vulnerabilidades, como ataques de canal lateral, denegaciones de servicio o intervenciones en el canal cuántico, que pueden comprometer tanto la integridad como la disponibilidad del sistema. La infraestructura clásica de la arquitectura QKD también es vulnerable, como cualquier otra infraestructura clásica, por ello es tan importante securizarla. Estos nodos que son vulnerables a ataques físicos pueden explotarse con ataques clásicos de hacking. El objetivo de este trabajo es estudiar la seguridad de las redes QKD desde un enfoque integral que combine la evaluación de vulnerabilidades en los nodos físicos mediante herramientas de análisis de red y pentesting, con el desarrollo de un sistema capaz de detectar intrusiones en el canal cuántico y redirigir automáticamente el tráfico por una ruta segura. Para ello se ha diseñado un entorno simulado para comprobar la eficacia de las herramientas. Estas dos herramientas se implementarán dentro de un pipeline de detección y contramedidas donde se aprovecharán ambas soluciones conjuntamente para obtener una mejora significativa de la seguridad en la red. Los resultados obtenidos muestran que aplicar las técnicas tradicionales de la ciberseguridad sobre los nodos QKD permite reducir significativamente la superficie de ataque, y que es posible desarrollar un sistema capaz de asegurar disponibilidad en las redes QKD incluso en caso de ataques al sistema. Este enfoque híbrido demuestra la viabilidad de aplicar mecanismos de defensa clásicos y dinámicos en un entorno cuántico, y de esta manera, sienta las bases para futuras redes QKD más robustas, adaptativas y seguras. ABSTRACT In the future, when quantum computers, even if not available to the public, become a reality, attackers will be able to decrypt network information easily due to the ability of quantum computers to solve certain problems at unimaginable speeds. This could lead to major economic losses and massive data breaches affecting millions of companies and individuals. Quantum computers are capable of solving specific problems much more efficiently than classical systems, and this directly impacts security. Quantum Key Distribution (QKD) technology could be considered one of the most promising solutions to ensure secure communications in a post-quantum era. Other solutions such as PQC also exist, but this work will focus exclusively on QKD. However, real-world QKD implementations are not free from potential vulnerabilities, such as side-channel attacks, denial-of-service attacks, or interventions in the quantum channel, which can compromise both the integrity and availability of the system. The classical infrastructure of the QKD architecture is also vulnerable, just like any other classical infrastructure, which is why securing it is so important. These nodes, which are vulnerable to physical attacks, can be exploited using classical hacking techniques. The objective of this work is to study the security of QKD networks from a comprehensive approach that combines the evaluation of vulnerabilities in physical nodes using network analysis and pentesting tools, with the development of a system capable of detecting intrusions in the quantum channel and automatically redirecting traffic through a secure route. For this purpose, a simulated environment has been designed to test the effectiveness of these tools. Both tools will be implemented within a detection and countermeasure pipeline, where both solutions will be used together to achieve a significant improvement in network security. The results obtained show that applying traditional cybersecurity techniques to QKD nodes significantly reduces the attack surface, and that it is possible to develop a system capable of ensuring availability in QKD networks even in the event of attacks on the system. This hybrid approach demonstrates the feasibility of applying classical and dynamic defense mechanisms in a quantum environment, thereby laying the groundwork for future QKD networks that are more robust, adaptive, and secure.
En un futuro cercano, la computación cuántica tendrá mucha influencia sobre la seguridad de las comunicaciones, con relevancia en entornos críticos como por ejemplo en defensa. Por esta razón cobra gran importancia plantear posibles soluciones como la criptografía cuántica y poscuántica. Surge entonces una pregunta; ¿Corre peligro la seguridad de las comunicaciones militares? Lo cierto es que con la cada vez más cercana llegada de la computación cuántica, la respuesta a esta pregunta es clara. Por ello es necesario anticiparse a la futura obsolescencia de los sistemas criptográficos actuales, sobre los que se sustenta toda la protección de datos clasificados y de operaciones estratégicas. En este Trabajo de Fin de Grado se exponen los fundamentos de la criptografía moderna para estudiar su evolución, las amenazas emergentes derivadas de la computación cuántica y las líneas de investigación que permitirán mantener la seguridad de las comunicaciones en defensa. El TFG se estructura en tres grandes bloques: criptografía clásica, cuántica y poscuántica. En primer lugar, se han tratado los principales algoritmos clásicos empleados actualmente, tanto simétricos como asimétricos, destacando sus vulnerabilidades frente a los algoritmos cuánticos de Shor y Grover. En segundo lugar, se ha analizado la criptografía cuántica (QKD), siendo una posible alternativa, cuya fortaleza se basa en leyes físicas. Sin embargo, aunque estos sistemas ofrecen un nivel de seguridad teóricamente inquebrantable, su implementación práctica sigue limitada por la necesidad de equipos específicos, la dependencia de autenticación clásica y los elevados costes de despliegue. Por último, se ha estudiado la criptografía poscuántica (PQC). Una gran alternativa, que propone algoritmos matemáticos resistentes a ataques cuánticos, con la ventaja de ser compatibles con la infraestructura existente. Además, se ha realizado una entrevista al experto Luis Fernando Hernández Encinas, cuyos resultados serán incluidos junto con la revisión bibliográfica en un análisis DAFO que permite identificar las fortalezas, debilidades, oportunidades y amenazas de ambas tecnologías. De este análisis se concluye que, la criptografía clásica se encuentra en fase de obsolescencia estratégica, mientras que la criptografía cuántica y la poscuántica representan los pilares de la seguridad futura. La primera ofrece una protección teórica total, aunque todavía no es viable a gran escala. La segunda, en cambio, constituye una solución práctica e inmediata para iniciar la transición.
La distribución cuántica de claves (QKD) se ha posicionado como la principal tecnología para solventar futuras vulnerabilidades asociadas a avances computacionales, particularmente en aquellos relacionados con computación cuántica. QKD se puede demostrar completamente segura (es una primitiva Information-Theoretic Secure - ITS) para solventar los problemas derivados a la distribución o intercambio de claves secretas. Esto significa que una correcta implementación de QKD es inmune a cualquier ataque, independientemente del poder computacional del atacante. Sintetizando, podemos considerar QKD como dos fuentes de claves simétricas localizadas en dos puntos remotos. Sin embargo, estas ventajas tienen un precio, debido a que QKD es una tecnología física que depende de la capacidad de producir, manipular y transmitir señales a nivel cuántico. Esto hace de QKD una tecnología compleja, que actualmente carece de suficiente flexibilidad. Diseños actuales hacen que QKD sea visto como cajas negras que requieren una red ad-hoc de uso exclusivo para evitar interferencias con otros canales clásicos, puesto que estos canales podrían afectar drásticamente a las correlaciones codificadas en las señales cuánticas, que son la base para la creación de las claves simétricas. Como resultado, las implementaciones actuales no pueden ser integradas fácilmente como elementos dentro de la infraestructura de los operadores. Como equipos, no son únicamente caros de por sí, si no que todos los requisitos asociados acarrean costes asociados al despliegue y la operación, penalizando su aceptación fuera de escenarios muy concretos. Paralelamente, las redes comunicación están sufriendo una evolución hacia nuevas soluciones basados en nuevos principios de virtualización y de arquitecturas software. Estas soluciones, llamadas software-defined networking (SDN) y network functions virtualization (NFV), facilitan una rápida integración de servicios y de tecnologías, a la par que permiten un mayor grado de flexibilidad para optimizar el uso de la red y el despliegue de servicios. No obstante, esta evolución trae consigo nuevas vulnerabilidades que pueden ser críticas a distintos niveles, ya que las redes de comunicación son la infraestructura base dentro de nuestra sociedad de la información. Desde nuestro punto de vista, esta evolución de red debe verse como una oportunidad de crear una simbiosis entre estas tecnologías y QKD. Por un lado, SDN y NFV pueden facilitar una integración real de QKD en redes de comunicaciones, ya que la red no será nunca más un conjunto de dispositivos actuando de manera independiente, si no que la gestión se centraliza, teniendo una visión homogénea de la red y de sus recursos. Esto permitirá integrar, gestionar y optimizar los recursos cuánticos (sistemas y claves) de manera global. Por otra parte, muchos de los problemas de seguridad asociados a las redes y a su evolución pueden ser mitigados o terminados gracias a QKD. De esta manera, los nuevos paradigmas de red no solo permitirán la integración de las tecnologías cuánticas dentro de las redes, mientras que se beneficiarán al mismo tiempo de sus capacidades incluyendo una capa adicional de seguridad a la red. Siguiendo estos principios, el propósito de la tesis es doble: inicialmente, analizar los requisitos para la integración de QKD en sistemas de gestión de red, principalmente en arquitecturas SDN, con el objetivos de facilitar su despliegue y gestión, permitiendo optimizar y capitalizar la red QKD y reducir el time-to-market; el segundo consiste en estudiar las vulnerabilidades dentro de distintos escenarios y capas de red, donde QKD puede servir como capa adicional para securizar la red contra amenazas actuales y otras por venir, creando una infraestructura de red quantumsafe. ----------ABSTRACT---------- Quantum Key Distribution (QKD) is one of the major cryptographic solutions to tackle the security threats associated to future computational advances, in particular those coming from quantum computing. QKD is an Information-Theoretic Secure (ITS) cryptographic primitive that solves the problem of secret key distribution: it is immune to any attack, independently of the computational power that the eavesdropper might have. At the most simple level, QKD can be seen as a source of symmetric secret keys in two separated places. This advantage comes at a price, since QKD is a physical layer technology that depends on the ability to produce, manipulate, transmit and detect signals at the quantum level. It is not an easy technology and current implementations of QKD lack flexibility. They are designed as black-boxes that require a separate ad-hoc network in order to transmit the quantum signals and avoid any interference from classical signals. Such interferences would kill the delicate correlations encoded in the quantum signals that make possible the creation of secret keys in two separate locations. The result is that current QKD systems cannot be used as a part of a telecommunications network. As devices, they are not only expensive by themselves, but also their requirements increase the deployment and operation costs, heavily penalizing its adoption beyond very specific scenarios. While this is happening, current network architectures are already evolving towards novel architectures based on the principles of softwarization and virtualization. These solutions, so called Software-Defined Networking (SDN) and Network Functions Virtualization (NFV) allows for a faster integration of new technologies and services within the network, while bringing flexibility to optimize the network utilization and service allocation. This added flexibility afforded by softwarization, brings also new vulnerabilities that might be extremely dangerous, since the telecommunications network is a critical infrastructure to our modern information society. From the point of view of QKD, these advances in networking are crucial and must be seen as an bidirectional opportunity. On the one hand, the new networking paradigms allow for a real integration of QKD in the telecommunication network. Under this view, the network is no more a set of disparate devices acting as black-boxes with a predominantly autonomous behavior. Now the decisions are taken by a centralized SDN entity that knows the requirements of devices and applications and can optimize the resources, also catering to the specific needs of quantum devices. On the other hand, the new security threats in this model can be effectively tackled by means of QKD. As such, the new network paradigms not only make possible the real integration of quantum devices in the telecommunications network, it also benefits from this integration by increasing its security level using QKD keys. Following these ideas, the aim of this thesis is twofold: the first is to analyze the requirements for the integration of QKD in current networks, more specifically in SDN architectures, with the objective to make easier their integration and deployment, to optimise and to capitalize the QKD network and reduce their timeto- market; the second, to study current and future network scenarios where QKD can provide an additional security layer to make the network safer against today’s threats and the future ones coming from technologies like quantum computing, i.e. creating a quantum-safe network.
Los canales de comunicación seguros usados hoy en día hacen uso de algoritmos criptográficos clásicos. La seguridad de estos algoritmos se basa en el enorme coste computacional que tiene la factorización de números de gran tamaño, lo que hace extremadamente improbable que sean rotos. Actualmente, no existe ningún algoritmo ejecutable en un ordenador clásico que sea capaz de resolver este problema en tiempo polinomial, pero los avances en el campo de la computación cuántica ponen en entredicho todo esto. Aunque aún está por demostrar un caso real de un ordenador cuántico rompiendo un algoritmo clásico, es solo cuestión de tiempo. Por estos motivos, entidades en sectores como el bancario, militar o gubernamentales están buscando alternativas para proteger sus datos. Una de las soluciones que se está explorando actualmente es la criptografía cuántica, que basa su seguridad en principios de la mecánica cuántica en vez de en problemas matemáticos. En concreto, la distribución de clave cuántica (QKD) es un conjunto de protocolos encargados de la generación de claves simétricas aleatorias entre dos puntos conectados por un canal cuántico. Las redes QKD nacen como respuesta a las limitaciones en alcance que actualmente tienen los enlaces cuánticos y se constituyen por una serie de nodos interconectados capaces de realizar QKD entre ellos. Debido al creciente interés en esta tecnología, organismos como el ETSI han comenzado con el proceso de creación de estándares como el ETSI GS QKD 004 en el cual se centra este trabajo. Este estándar define una API para el establecimiento de sesiones con calidad de servicio entre dos aplicaciones. El propósito de esta interfaz es el de proveer de claves simétricas QKD a las aplicaciones dentro de cada nodo de una red QKD. El objetivo de este trabajo es el análisis, evaluación y mejora del estándar para adaptarlo a nuevos casos de uso y hacerlo más competitivo con su homólogo el estándar ETSI GS QKD 014. Como parte de este trabajo también se desarrollará una implementación de referencia que estará disponible públicamente. Por último, esta implementación será integrada con la base de código usada en la red MadQCI, la red de comunicaciones cuánticas más grande y heterogénea jamás desarrollada en Europa hasta la fecha. --ABSTRACT-- The secure communication channels used today use classical cryptographic algorithms. The security of these algorithms is based on the enormous computational cost of factoring large numbers, which makes them extremely unlikely to be broken. Currently, there is no algorithm that can run on a classical computer that is capable of solving this problem in polynomial time, but advances in the field of quantum computing call all this into question. Although a real-life case of a quantum computer breaking a classical algorithm has yet to be demonstrated, it is only a matter of time. For these reasons, entities in sectors such as banking, military, and government are seeking alternatives to protect their data. One of the solutions currently being explored is quantum cryptography, which bases its security on principles of quantum mechanics rather than on mathematical problems. Specifically, quantum key distribution (QKD) is a set of protocols responsible for generating random symmetrical keys between two points connected by a quantum link. QKD networks emerged as a response to the current limitations in length of quantum links and are comprised of a series of interconnected nodes capable of performing QKD between them. Due to the growing interest in this technology, organizations such as ETSI have begun the process of creating standards, such as ETSI GS QKD 004, which is the focus of this work. This standard defines an API for establishing quality-ofservice sessions between two applications. The purpose of this interface is to provide symmetric QKD keys to applications within each node of a QKD network. The objective of this work is to analyze, evaluate, and improve the standard to adapt it to new use cases and make it more competitive with its counterpart, the ETSI GS QKD 014 standard. As part of this work, a reference implementation will also be developed and made publicly available. Finally, this implementation will be integrated with the codebase used in the MadQCI network, the largest and most heterogeneous quantum communications network ever developed in Europe to date.
La Distribución Cuántica de Clave (Quantum Key Distribution, QKD) se presenta como unatecnología fundamental para garantizar la seguridad de las comunicaciones frente a las amenazas derivadas del avance de la computación cuántica. Aunque la seguridad de la QKD se apoya en principios físicos bien establecidos, su despliegue en infraestructuras reales plantea nuevos retos de carácter opera tivo, especialmente en lo relativo a la monitorización continua, la interpretación de métricas cuánticas y la detección temprana de degradaciones del sistema. Este Trabajo Fin de Grado aborda el problema de la monitorización operativa de infraestructuras QKD desde una perspectiva ingenieril, centrada en el análisis de datos operativos reales procedentes de sistemas comerciales desplegados en red. El objetivo principal es diseñar y evaluar un pipeline reproducible de análisis y detección de anomalías capaz de transformar métricas cuánticas y clásicas (QBER, tasa de clave segura, entre otras) en información accionable para la operación de enlaces QKD, en ausencia de datos etiquetados de fallos o ataques. Para ello, se analizan datasets reales de distintos fabricantes y se desarrolla un flujo de trabajo basado en la limpieza de datos, la ingeniería de características temporales y multivariantes, y el uso de técnicas de aprendizaje automático no supervisado, concretamente Isolation Forest y Autoencoders. Estos modelos se emplean como herramientas de apoyo al análisis operativo, priorizando la interpretabilidad, la robustez frente al ruido y la reducción de falsos positivos. La evaluación del sistema se lleva a cabo mediante demostradores operativos controlados, diseñados para reproducir escenarios físicamente plausibles como degradaciones del canal cuántico, saturaciones del plano clásico, deriva lenta y perturbaciones estocásticas. Los resultados muestran que el sistema propuesto es capaz de detectar anomalías estructurales relevantes y de distinguirlas de variaciones benignas del sistema, evitando alarmas injustificadas en condiciones de operación normal. El trabajo concluye que las técnicas de aprendizaje automático no supervisado, combinadas con conocimiento del dominio y un análisis cuidadoso de los datos, constituyen una herramienta viable para apoyar la monitorización operativa de infraestructuras QKD reales, y sientan las bases para futuras extensiones orientadas al mantenimiento predictivo y a su integración en arquitecturas de control de red cuántica. ABSTRACT Quantum Key Distribution (QKD) is increasingly regarded as a key technology to ensure the long-term security of communications against the threats posed by quantum computing. While the security of QKD is grounded in well-established physical principles, its deployment in real-world infrastructures introduces relevant operational challenges, particularly with respect to continuous monitoring, the interpretation of quantum metrics, and the early detection of system degradations. This Bachelor’s Thesis addresses the problem of operational monitoring of QKD infrastructures from an engineering perspective, with a focus on the analysis of real operational data obtained from commercial QKD systems deployed in networked environments. The main objective is to design and evaluate a reproducible monitoring and anomaly detection pipeline capable of transforming quantum and classical operational metrics (such as QBER and secure key rate) into actionable information, in the absence of labeled data describing failures or attacks. To achieve this goal, real datasets from different manufacturers are analyzed (in this Thesis QTI and Thoshiba machines are analyzed), and a data processing pipeline is developed based on data cleaning, temporal and multivariate feature engineering, and the application of unsupervised machine learning techniques, specifically Isolation Forest and Autoencoders. These models are used as decision-support tools, with an emphasis on interpretability, robustness to noise, and the reduction of false positives. The system is evaluated using controlled operational demonstrators designed to reproduce physically plausible scenarios, including quantum channel degradation, classical plane saturation, slow drift effects, and stochastic instabilities. The results indicate that the proposed approach is capable of detecting relevant structural anomalies while avoiding unjustified alarms under normal operating conditions. The thesis concludes that unsupervised learning techniques, when combined with domain knowledge and careful data analysis, constitute a viable solution for supporting the operational monitoring of real QKD infrastructures, and provide a solid foundation for future work on predictive maintenance and integration into quantum network control architectures.
Este trabajo desarrolla una prueba de concepto sobre comunicaciones con cifrado cuántico aplicada a la red de telecomunicaciones gestionada por NASERTIC. El objetivo principal es analizar el potencial de la distribución cuántica de claves (QKD) para reforzar la seguridad de las comunicaciones y evaluar su viabilidad en un entorno real. El proyecto parte del estudio de las tecnologías cuánticas aplicadas a la protección de datos y, en particular, de los principios físicos que permiten detectar intentos de interceptación durante el intercambio de claves. Sobre esta base, se aborda tanto el estado del arte de la criptografía cuántica como el análisis comparativo de distintas soluciones técnicas y comerciales orientadas a su posible implantación en redes de telecomunicación. A partir de este estudio, se plantea el diseño de una prueba de concepto que incluye la evaluación de la arquitectura necesaria, la selección preliminar de equipamiento y el análisis de su posible integración en un escenario real de red. Asimismo, el trabajo incorpora tareas de configuración inicial, simulación y validación funcional, con el propósito de sentar las bases técnicas del proyecto y facilitar una futura transición hacia pruebas con hardware QKD real.
La posibilidad de utilizar sistemas cuánticos para procesar y transmitir información ha impulsado la aparición de tecnologías de información cuántica, p. ej., distribución cuántica de claves. Aunque prometedoras, su uso fuera del laboratorio es actualmente demasiado costoso y complicado. En este trabajo mostramos como utilizarlas en redes ópticas de telecomunicaciones. Al utilizar una infraestructura existente y pervasiva, y compartirla con otras señales, tanto clásicas como cuánticas, el coste se reduce drásticamente y llega a un mayor público. Comenzamos integrando señales cuánticas en los tipos más utilizados de redes ópticas pasivas, por su simplicidad y alcance a usuarios finales. Luego ampliamos este estudio, proponiendo un diseño de red óptica metropolitana basado en la división en longitud de onda para multiplexar y direccionar las señales. Verificamos su funcionamiento con un prototipo. Posteriormente, estudiamos la distribución de pares de fotones entrelazados entre los usuarios de dicha red con el objetivo de abarcar más tecnologías. Para ampliar la capacidad de usuarios, rediseñamos la red troncal, cambiando tanto la topología como la tecnología utilizada en los nodos. El resultado es una red metropolitana cuántica que escala a cualquier cantidad de usuarios, a costa de una mayor complejidad y coste. Finalmente, tratamos el problema de la limitación en distancia. La solución propuesta está basada en codificación de red y permite, mediante el uso de varios caminos y nodos, modular la cantidad de información que tiene cada nodo, y así, la confianza depositada en él. ABSTRACT The potential use of quantum systems to process and transmit information has impulsed the emergence of quantum information technologies such as quantum key distribution. Despite looking promising, their use out of the laboratory is limited since they are a very delicate technology due to the need of working at the single quantum level. In this work we show how to use them in optical telecommunication networks. Using an existing infrastructure and sharing it with other signals, both quantum and conventional, reduces dramatically the cost and allows to reach a large group of users. In this work, we will first integrate quantum signals in the most common passive optical networks, for their simplicity and reach to final users. Then, we extend this study by proposing a quantum metropolitan optical network based on wavelength-division multiplexing and wavelengthaddressing, verifying its operation mode in a testbed. Later, we study the distribution of entangled photon-pairs between the users of the network with the objective of covering as much different technologies as possible. We further explore other network architectures, changing the topology and the technology used at the nodes. The resulting network scales better at the cost of a more complex and expensive infrastructure. Finally, we tackle the distance limitation problem of quantum communications. The solution offered is based on networkcoding and allows, using multiple paths and nodes, to modulate the information leaked to each node, and thus, the degree of trust placed in them.