[en] Being able to secure confidential information is imperative in today's society, but advancements in quantum technologies pose a potential threat. In response, researchers are developing technologies based on quantum mechanics, such as quantum key distribution (QKD), in particular continuous-variable QKD (CV-QKD), which is emerging as a promising solution due to its compatibility with classical network infrastructures. However, current systems remain bulky and costly, limiting their widespread adoption. To address this challenge, the miniaturization and integration of QKD systems into monolithic photonic integrated circuits (PICs) have the potential to accelerate adoption across a broader market. This is due to the anticipated reductions in size, power consumption, production costs and overall system complexity. This work presents four pulsed Gaussian-modulated coherent state (GMCS) CV-QKD systems based on discrete components and, in the last case, a PIC. The thesis begins with a modular system utilizing discrete components, such as phase and amplitude modulators. Notably, this prototype eliminates the need for phase locking, as the same laser serves as both a local oscillator and the source for generating quantum signals. The system mitigates Rayleigh backscattering by employing two channels, one for transmitting light and the other for transmitting coherent states. Demonstrations indicate its operability over metropolitan distances. In the second approach, the system showcases the parallelization of CV-QKD signals and the coexistence of multiple quantum signals with a classical signal, spatially multiplexed through a multicore fiber (MCF). In this scenario, two lasers are employed, with one emitting the frequency locking signal propagating along one of the MCF's core. The third proposal introduces a simplified CV-QKD transmitter (TX) that eliminates the need for a phase modulator in the GMCS generation. This system leverages the random properties of a distributed feedback (DFB) laser operating in the gain-switching (GS) mode. The study demonstrates the applicability of our proposed compact TX for GMCS generation in CV-QKD and its feasibility for integration into a metropolitan network. Finally, we describe and characterize an InP-based PIC TX tailored for CV-QKD applications. System-level proof-of-principle experiments are conducted using a shared laser approach with a pulsed GMCS CV-QKD protocol over an 11 km optical fiber channel. The results indicate potential secret key rates of 52 kbps in the asymptotic regime and 27 kbps in the finite size regime, highlighting the capabilities of the proposed PIC design and, more broadly, the properties of InP technologies for monolithic integration of CV-QKD systems. All the proof-of-principle experiments outlined in this dissertation contribute significantly to the field of miniaturizing CV-QKD systems.

[es] La capacidad de asegurar información confidencial es imperativa en la sociedad actual, pero los avances en tecnologías cuánticas plantean una amenaza potencial. En respuesta, los investigadores están desarrollando tecnologías basadas en la mecánica cuántica, como la distribución cuántica de claves (QKD), en particular QKD de variable continua (CV-QKD), que está surgiendo como una solución prometedora debido a su compatibilidad con las infraestructuras de redes clásicas. Sin embargo, los sistemas actuales siguen siendo voluminosos y costosos, lo que limita su adopción generalizada. Para abordar este desafío, la miniaturización e integración de sistemas QKD en circuitos fotónicos integrados (PICs) monolíticos tienen el potencial de acelerar su adopción en un mercado más amplio. Esto se debe a las reducciones anticipadas en tamaño, consumo de energía, costos de producción y complejidad del sistema en general. Este trabajo presenta cuatro sistemas pulsados de CV-QKD de estado coherente con modulación Gaussiana (GMCS) basados en componentes discretos y, en el último caso, en un PIC. La tesis comienza con un sistema modular que utiliza componentes discretos, como moduladores de fase y amplitud. Es importante destacar que este prototipo elimina la necesidad de bloqueo de fase, ya que el mismo láser sirve tanto como oscilador local como fuente para generar señales cuánticas. El sistema mitiga la retro dispersión de Rayleigh mediante el uso de dos canales, uno para transmitir luz y otro para transmitir estados coherentes. Las demostraciones indican su funcionamiento sobre distancias metropolitanas. En el segundo enfoque, el sistema muestra la paralelización de las señales de CV-QKD y la coexistencia de múltiples señales cuánticas con una señal clásica, multiplexadas espacialmente a través de una fibra multi-núcleo (MCF). En este escenario, se utilizan dos láseres, con uno emitiendo la señal de sincronización de frecuencia que se propaga a lo largo de uno de los núcleos de la MCF. La tercera propuesta introduce un transmisor (TX) de CV-QKD simplificado que elimina la necesidad de un modulador de fase en la generación de GMCS. Este sistema aprovecha las propiedades aleatorias de un láser de retroalimentación distribuida (DFB) que opera en el modo de conmutación de ganancia (GS). El estudio demuestra la aplicabilidad de nuestro compacto TX propuesto para la generación de GMCS en CV-QKD y su viabilidad para la integración en una red metropolitana. Finalmente, describimos y caracterizamos un TX basado en InP diseñado para aplicaciones de CV-QKD. Experimentos de prueba de concepto a nivel de sistema fueron realizados utilizando el método de láser compartido con el protocolo GMCS CV-QKD pulsada a través de un canal de fibra óptica de 11 km. Los resultados indican tasas de claves secretas potenciales de 52 kbps en el régimen asintótico y 27 kbps en el régimen de tamaño finito, destacando las capacidades del diseño de PIC propuesto y, más ampliamente, las propiedades de las tecnologías InP para la integración monolítica de sistemas de CV-QKD. Todos los experimentos de prueba de concepto delineados en esta tesis contribuyen significativamente al campo de la miniaturización de sistemas de CV-QKD.