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[Resumen]: La criptografía cuántica es de gran interés para el campo de la seguridad informática. Los recientes avances en Distribución de Claves Cuánticas (QKD) prometen revolucionar la estructura de las redes de comunicaciones, pero en la actualidad el coste de su implementación es demasiado elevado. Por ello surgen simuladores para poder realizar pruebas en redes cuánticas sin necesidad de usar ordenadores cuánticos reales. Uno de ellos es el módulo QKDNetSim de NS-3. Sin embargo, el funcionamiento de este software no representa de forma fiel el comportamiento de una red cuántica real. El objetivo de este trabajo es hacer que el comportamiento de QKDNetSim se asemeje a una red cuántica real. Por ello analizaremos el módulo para comprender su funcionamiento. Después mejoraremos la comunicación de los nodos haciendo que compartan claves cuánticas a través de la aplicación de carga. Estas claves serán almacenadas por los nodos, y se utilizarán para cifrar los mensajes que se intercambien a través de canales clásicos. También permitiremos comunicaciones cifradas entre nodos que no estén directamente conectados. Por último, implementaremos la opción de utilizar el Generador Cuántico de Números Aleatorios de ”ID Quantique” para generar las claves, de forma que se produzcan claves más aleatorias que con un generador clásico. Con todos los cambios, los nodos son capaces de comunicarse con todos los nodos de la red. En resumen, los cambios en QKDNetSim permiten simular ahora en NS-3 un escenario de redes cuánticas más real. Al igual que el módulo original, nuestra implementación es de código abierto y está disponible para el público. [Abstract]: Quantum cryptography is of great interest in the field of computer security. Recent advances in Quantum Key Distribution (QKD) promise to revolutionize the structure of communication networks, but currently, the cost of implementation is prohibitively high. As a result, simulators have emerged to conduct tests on quantum networks without the need for actual quantum computers. One such simulator is the QKDNetSim module of NS-3. However, the operation of this software does not accurately reflect the behavior of a real quantum network. The objective of this work is to make the behavior of QKDNetSim resemble that of a real quantum network. Therefore, we will analyze the module to understand its operation. Then, we will enhance the communication between nodes by enabling them to share quantum keys through charging application. These keys will be stored by the nodes and used to encrypt messages exchanged through classical channels. We will also allow encrypted communications between nodes that are not directly connected. Lastly, we will implement the option to use the Quantum Random Number Generator from ”ID Quantique” to generate the keys, ensuring a higher level of randomness compared to a classical generator. With all these changes, the nodes are capable of communicating with all the nodes in the network. In summary, the changes in QKDNetSim now allow for simulating a more realistic scenario of quantum networks in NS-3. Similar to the original module, our implementation is open source and available to the public. Traballo fin de grao (UDC.FIC). Enxeñaría Informática. Curso 2022/2023

El objetivo del presente trabajo de investigación, consiste en el desarrollo de una aplicación que sea capaz de simular el comportamiento de uno de los principales protocolos de criptografía cuántica desarrollados, el protocolo E91. Para lograr dicho objetivo fue fundamental una investigación exhaustiva de los principales conceptos, principios y teoremas de la mecánica cuántica, como además del estudio de otros protocolos de criptografía cuántica y su desarrollo en la actualidad. Con toda la información recopilada se procede al desarrollo de la aplicación, empezando por la definición de los requerimientos, luego se continúa con la implementación y las posteriores pruebas de la aplicación, que permite compilar todo el trabajo de análisis y diseño realizado. Los resultados obtenidos, demostraron las fortalezas y debilidades de la aplicación para la distribución segura de una clave final cuántica. Si bien este trabajo es principalmente de investigación, el desarrollo de la aplicación que simula el comportamiento del protocolo E91, es de carácter esencialmente demostrativo. The objective of this research work is the development of an application which is capable of simulating the behavior of one of the main developed protocols of quantum cryptography, the protocol E91. In order to achieve this objective, it was essential to carry out an exhaustive investigation of the main concepts, principles and theorems of quantum mechanics; as well as the study of other quantum cryptographic protocols and their development today. With all the collected information, the development of the application begun, starting with the definition of the requirements, then implementing and subsequently testing the application, which allows compiling all the work of analysis and design. The obtained results show the strengths and weaknesses of the application for the secure distribution of a quantum final key. Although this work is primarily the development of the implementation that simulates the behavior of the E91 protocol, it is essentially demonstrative.

New telecom wavelength sources of polarization entangled photon pairs allow the distribution of entanglement through metro-access networks using standard equipment. This is essential to ease the deployment of future applications that can profit from quantum entanglement, such as quantum cryptography.

Resumen: Enseñanza de la mecánica cuántica en la escuela media a partir del concepto de superposición es la sistematización de una experiencia de aula realizada analizando experimentos sobre el concepto fundamental de la mecánica cuántica, a saber, superposición. Se estudian los sistemas cuánticos de dos niveles o qubits, propiedades incompatibles y su fundamentación a través de modelos matemáticos para realizar una construcción conceptual del principio de superposición de estados. Esta construcción conceptual es contextualizada en una aplicación práctica en el área de la informática cuántica, como lo es la criptografía cuántica. En especial, el trabajo se constituye como la propuesta de una unidad didáctica, materializada en seis guías conceptuales e informativas Abstract: Teaching Quantum Mechanics in High School from superposition concept is the systematization of a classroom experience from conducted experiments and the basic concepts of quantum mechanics. Two-level quantum system, incompatible properties and its basis on mathematical models are studied in order to find a conceptual construction of the principle of superposition of states. The conceptual construction is contextualized in a practical application in the field of quantum computing such as the quantum cryptography. In particular, this research is the proposal of a teaching unit embodied in six conceptual and informative worksheets

Nowadays, it is possible to design very secure systems for key distribution. According to quantum cryptography, which is based on the properties of quantum mechanics, quantum key distribution systems are the most secure way to exchange private keys. This document leads you towards the understanding of these systems. Las nuevas técnicas criptográficas, como la criptografía cuántica, permiten diseñar sistemas de distribución cuánticos de claves con niveles de seguridad bastante altos. A lo largo de este documento se describirá como se comportan estos sistemas frente a ataques del tipo “Man in the middle” y que debilidades pueden llegar a presentar.