Caracterización del funcionamiento de dispositivos de criptografía cuántica en una red desplegada

Abstract

Este Trabajo de Fin de Máster aborda el diseño, implementación y validación de una red de comunicaciones cuánticas basada en sistemas de distribución cuántica de claves (QKD). ​ El proyecto se centra en la expansión de la red MadQCI en Madrid, con especial énfasis en el nodo experimental del campus Montegancedo de la Universidad Politécnica de Madrid. ​ Se desarrollaron pruebas de conmutación óptica utilizando tecnologías FOADM y ROADM, que permiten la reconfiguración dinámica de rutas cuánticas en redes metropolitanas. ​ El trabajo incluye el diseño de un sistema de control automatizado para switches ópticos, basado en lógica determinista y compatible con redes definidas por software (SDN). ​ Las pruebas experimentales demostraron que la conmutación óptica no compromete la seguridad ni la funcionalidad de los canales cuánticos, siempre que se realicen ajustes tras cada evento de switching. ​ Además, se validó la integración de sistemas QKD con arquitecturas ópticas avanzadas, sentando las bases para redes cuánticas escalables y resilientes. ​ Este proyecto contribuye al desarrollo de infraestructuras cuánticas seguras, alineadas con iniciativas europeas como EuroQCI y el proyecto NOSTRADAMUS. ​ También ofrece una plataforma educativa para la formación en tecnologías cuánticas, destacando su relevancia frente a amenazas como los ataques "store now, decrypt later". ​ Finalmente, se proyecta hacia futuros desarrollos, incluyendo redes QKD satelitales y aplicaciones en ciberseguridad estratégica.This Master’s Thesis addresses the design, implementation, and validation of a quantum communication network based on quantum key distribution (QKD) systems. The project focuses on the expansion of the MadQCI network in Madrid, with particular emphasis on the experimental node located at the Montegancedo campus of the Universidad Politécnica de Madrid. Optical switching tests were developed using FOADM and ROADM technologies, enabling the dynamic reconfiguration of quantum paths in metropolitan networks.

The work includes the design of an automated control system for optical switches, based on deterministic logic and compatible with software-defined networking (SDN). Experimental tests demonstrated that optical switching does not compromise the security or functionality of quantum channels, provided that recalibration is performed after each switching event. Furthermore, the integration of QKD systems with advanced optical architectures was validated, laying the groundwork for scalable and resilient quantum networks.

This project contributes to the development of secure quantum infrastructures aligned with European initiatives such as EuroQCI and the NOSTRADAMUS project. It also provides an educational platform for training in quantum technologies, highlighting their relevance in the face of threats such as “store now, decrypt later” attacks. Finally, the project looks ahead to future developments, including satellite-based QKD networks and applications in strategic cybersecurity.