Le sujet de cette thèse est une étude de tests du caractère quantique des systèmes de dimension supérieure à deux dans des conditions réalistes. La non-localité est une des propriétés quantiques utile pour des protocoles du domaine des communications quantiques. L’étude réalisée sur les effets de la décohérence (modèles de conditions réalistes) permet de rendre compte des moyens à mettre en oeuvre afin d’optimiser la conservation de la non-localité en pratique. La contextualité est une autre propriété quantique fondamentale avec un potentiel dans le domaine de traitement d’information quantique. Un test de contextualité a été développé pour toutes les dimensions de systèmes quantiques supérieures à deux. Une expérience prenant en compte les enjeux expérimentaux des tests de contextualité est aussi proposée. / The subject of this thesis is a study of tests of the quantum features of systems of dimension greater than two under realistic conditions. Non-locality is one of the quantum properties used in protocols in the field of quantum communications. The study on the effects of the decoherence (models ofrealistic conditions) address the issue of the conservation of non-locality in practice. Contextuality is another fundamental quantum property with a potential power in quantum information processing. A contextuality test has been developed for all dimensions of quantum systems greater than two. An experiment that considers the experimental issues of contextuality tests is also proposed.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La thèse traite des modalités contemporaines de l’engagement public, à partir d’une recherche menée dans un collectif d’habitants du quartier de la Duchère à Lyon. Elle propose une sociologie des épreuves de vigilance des habitants pour renouveler les cadres d’analyse de l’activité politique en banlieue. Elle entend mettre au jour les conditions concrètes d’émergence et d’exercice de la critique sociale en s’intéressant de façon pragmatique aux compétences déployées par les habitants engagés dans ces épreuves de vigilance. La recherche centre son attention sur le rapport au monde spécifique qui peut se déployer à travers ce type d'engagement dans la localité. Nous proposerons ici une sociologie liant sociologie politique et sociologie urbaine qui permette de rendre compte des divers cheminements qu’emprunte la vigilance. L’analyse doit notamment passer par la reconsidération de l’expérience de la quotidienneté comme expérience politique. Elle prendra en compte également le rapport à l’histoire du quartier qu’entretiennent les habitants de la Duchère, celle-ci faisant figure de ville nouvelle depuis les années soixante. Elle s’attachera enfin à la réflexivité qui s’exerce localement autour du travail social. / This thesis is about the contemporary modalities of public engagement. By focusing on an inhabitants' collective in a disadvantaged neighbourhood in Lyon's suburb called « La Duchère », it offers a sociological analysis of the inhabitants' experiencing vigilance and so it aims to renew the analysis patterns of political activity in such neighbourhoods called « banlieue » in France. By employing a pragmatist perspective to investigate the inhabitants' abilities involved in different vigilance processes, it offers an analysis of the practical conditions of emergence and exercise of social critic. By researching the specific relationship to the world that can spread through this type of locality engagement, we'll propose a sociology crossing political and urban analysis to expose the multiple ways vigilance can take. To do so we need to rethink the day-to-day experience as a political experience. We will also consider the specific inhabitants' relation to the neighbourhood's history, “La Duchère”, as it's being defined as a “new town” since the 60's. Finally, we'll be focusing on the reflexivity locally exercised around social work.

L’information quantique peut être traitée de deux manières fondamentalement différentes: à l’aide de variables discrètes ou continues. Dans cette thèse, nous étudions de manière théorique la réalisation de protocoles d’information quantique dans les systèmes caractérisés par des variables continues. Pour ce faire, nous utilisons les variables modulaires comme outil afin de révéler des structures discrètes dans les états, opérations et observables. Le présent travail est fortement motivé par l’applicabilité expérimentale de nos idées dans des expériences d’optique quantique. Le thème principal de cette thèse est la formulation d’un cadre pour le traitement quantique de l’information dans l’espace des phases grâce aux variables modulaires. L’usage des variables modulaires permet d’encoder des états logique dans des espaces de Hilbert de dimension infinie et de définir des opérations qui permettent de les manipuler. En particulier, nous considérons des protocoles qui impliquent des mesures de variables modulaires qui permettent la lecture d’information discrète codée dans des variables continues. Grâce à ce formalisme, nous montrons comment il est possible de réaliser des tests des propriétés fondamentales de la mécanique quantique comme l’intrication, la non-localité ou la contextualité dans des espaces de Hilbert de dimensions finie ou infinie. Ensuite, nous discutons pourquoi les degrés de liberté transverse des photons sont des candidats naturels pour l’implémentation expérimentale des variables modulaires. À cet effet, nous démontrons comment il est possible d’utiliser l’effet Talbot - un effet d’interférence de champ proche - afin d’encoder de l’information discrète dans la distribution spatiales des photons. Finalement, nous montrons pour la première fois comment produire des photons intriqués de dimension arbitraire de manière déterministe en utilisant la conversion paramétrique et des éléments d’optique linéaire. / Quantum information can be processed in two fundamentally different ways, using either discrete- or continuous-variable implementations. In this thesis we study theoretically how to implement discrete quantum information protocols in physical objects characterized by continuous variables. In order to do so we use modular variables as a helpful tool to reveal discrete structures in continuous-variable states, operations and observables. The present work is strongly guided by the experimental applicability of our ideas in quantum optics experiments, with a particular focus on the transverse degrees of freedom of single photons. One of the main themes of this thesis is the formulation of a framework for quantum information processing in phase-space based on the use of modular variables. The latter permit us to introduce logical states and operations allowing to manipulate discrete quantum information encoded in infinite dimensional Hilbert spaces. In particular, we consider protocols that involve measurements of judiciously chosen logical observables enabling the readout of the encoded discrete quantum information. Based on this framework we show how to perform tests of fundamental properties of quantum mechanics, such as entanglement, Bell nonlocality and contextuality, in Hilbert spaces of various dimensions. Further on, we discuss the transverse degrees of freedom of single photons as a natural platform to manipulate and measure modular variables. In particular, we demonstrate how to process discrete quantum information encoded in the spatial distribution of single photons via the optical Talbot effect - a near-field interference effect. Finally, we show for the first time how to produce deterministically d-dimensional entangled photon pairs using spontaneous parametric down-conversion and linear optical elements only.

La mécanique quantique présente des propriétés étonnantes qui n'ont pas d'équivalent en physique classique. Ces propriétés sont au cœur des applications possibles de la mécanique quantique. Le thème principal de cette thèse est l'étude de deux des propriétés fondamentales de la mécanique quantique: la non-localité et la contextualité. Dans ce cadre, nous poursuivrons deux objectifs: premièrement, nous étudierons comment certains résultats obtenus pour les systèmes discrets peuvent être étendus aux systèmes décrits par des variables continues; deuxièmement nous étudierons comment il est possible de tester ces deux propriétés dans les systèmes quantiques décrits par des variables continues.Dans une première partie, nous étudions l'ensemble des distributions de probabilités locales et ``no-signaling'', c'est à dire qui ne permettent pas de transmettre d'information. Nous commençons par traduire le problème en terme de contraintes sur des espaces de mesures de probabilité. Nous introduisons ensuite un ensemble de mesures de probabilité qui sont les analogues en variables continues des probabilités découvertes par Popescu et Rohrlich dans le cas discret. Enfin, nous caractérisons l'ensemble des mesures de probabilité ``no-signaling''. Plus précisément, nous montrons que les mesures introduites sont des points extrémaux de l'ensemble des mesures de probabilité ``no-signaling'' et que leur enveloppe convexe est dense dans l'ensemble des mesures de probabilité ``no-signaling''. Dans une seconde partie nous nous intéressons à une preuve de la contextualité de la mécanique quantique dans une formulation qui ne dépend pas de l'état. Plus particulièrement, concernant l'inégalité de non-contextualité de Peres-Mermin, nous montrons qu'il est possible de la généraliser pour des observables définies sur des espaces de Hilbert de dimension arbitraire, voire infinie. Cette généralisation nous permet d'identifier les propriétés communes des observables qui conduisent à une violation maximale de l'inégalité de Peres-Mermin.En dernier lieu, nous nous intéressons à des états intriqués du champ électromagnétique de deux cavités. Ces états sont non-locaux et violent une inégalité de Bell formée de mesures de la parité déplacée. Nous étudions comment ces états peuvent être préparés et mesurés expérimentalement. Enfin, nous analysons l'effet des imperfections expérimentales et des pertes / Quantum mechanics has many intriguing properties that have no-classical analogs. These properties are at the heart of many quantum information protocols which offer the possibility to outperform their classical counterparts. This thesis is devoted to an investigation of two of the fundamental properties of quantum mechanics: non-locality and contextuality. The goal of this thesis is twofold. Firstly we will study how known results for discrete systems can be extended to continuous variables systems. Secondly, we will investigate how these properties can be tested in quantum systems characterized by continuous variables.Our work starts with an investigation of the set of local and no-signaling probability distributions. We develop a formalism for generic no-signaling black-box measurement devices with continuous outputs in terms of probability measures. We introduce the continuous-variable version of the famous Popescu-Rohrlich boxes and show that they violate the Tsirelson bound of an adequate continuous-variable Bell inequality. Finally, we perform a characterization of the geometry of the set of continuous-variable no-signaling correlations. More precisely, we show that the convex hull of those boxes is dense in the no-signaling set.We then study the contextuality of Quantum Mechanics in a state independent formulation. In particular, we study the Peres-Mermin state independent non-contextuality inequality, and show how it is possible to generalize the Peres-Mermin inequality to scenarios involving observables with an arbitrary number of outcomes. Specifically, we identify general conditions on the spectral decomposition of observables demonstrating state independent contextuality of quantum mechanics in this scenario.Lastly, we explore the non-local properties of entangled cat states, made of superpositions of coherent states stored in two spatially separated cavities. We show that even when taking into account the experimental imperfections such as the losses, a violation of local-realism is still possible, in the form of a violation of an appropriate Bell inequality

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La simulation numérique est un des piliers des Sciences et de l’industrie. La simulationmétéorologique, la cosmologie ou encore la modélisation du coeur humain sont autantde domaines dont les besoins en puissance de calcul sont sans cesse croissants. Dès lors,comment passer ces applications à l’échelle ? La parallélisation et les supercalculateurs massivementparallèles sont les seuls moyens d’y parvenir. Néanmoins, il y a un prix à payercompte tenu des topologies matérielles de plus en plus complexes, tant en terme de réseauque de hiérarchie mémoire. La question de la localité des données devient ainsi centrale :comment réduire la distance entre une entité logicielle et les données auxquelles elle doitaccéder ? Le placement d’applications est un des leviers permettant de traiter ce problème.Dans cette thèse, nous présentons l’algorithme de placement TreeMatch et ses applicationsdans le cadre du placement statique, c’est-à-dire au lancement de l’application, et duplacement dynamique. Pour cette seconde approche, nous proposons la prise en comptede la localité des données dans le cadre d’un algorithme d’équilibrage de charge. Les différentesapproches abordées sont validées par des expériences réalisées tant sur des codesd’évaluation de performances que sur des applications réelles. / Computer simulation is one of the pillars of Sciences and industry. Climate simulation,cosmology, or heart modeling are all areas in which computing power needs are constantlygrowing. Thus, how to scale these applications ? Parallelization and massively parallel supercomputersare the only ways to do achieve. Nevertheless, there is a price to pay consideringthe hardware topologies incessantly complex, both in terms of network and memoryhierarchy. The issue of data locality becomes central : how to reduce the distance betweena processing entity and data to which it needs to access ? Application placement is one ofthe levers to address this problem. In this thesis, we present the TreeMatch algorithmand its application for static mapping, that is to say at the lauchtime of the application,and the dynamic placement. For this second approach, we propose the awareness of datalocality within a load balancing algorithm. The different approaches discussed are validatedby experiments both on benchmarking codes and on real applications.

À l'échelle macroscopique, les ondes et les particules sont des objets distincts. La découverte d'objets appelés marcheurs, constitués d'une goutte rebondissant sur un bain liquide vibré verticalement, a montré qu'il n'en était rien. La goutte est autopropulsée, guidée sur la surface du liquide par l'onde qu'elle a elle-même créée lors des rebonds précédents. Ces objets possèdent une dynamique originale dominée par le concept de mémoire de chemin. La structure du champ d'onde qui guide la goutte dépend, en effet, de la position des rebonds passés disposés le long de la trajectoire. La profondeur de cette mémoire peut, de plus, être contrôlée expérimentalement en changeant l'accélération du bain. De nombreuses réalisations expérimentales ont mis en évidence les comportements dynamiques singuliers de ces systèmes couplés goutte/onde. Cette thèse répond à la nécessité d'une compréhension théorique des effets non locaux en temps introduit par la mémoire de chemin. Pour ce faire, nous étudierons l'évolution d'un marcheur numérique en potentiel harmonique bidimensionnel. Un ensemble relativement restreint de trajectoires stables est obtenu. Nous constaterons que ces dernières sont quantifiées en extension moyenne et en moment angulaire moyen. Nous analyserons comment s'imbriquent les différentes échelles de temps de la dynamique, permettant ainsi de dissocier les termes propulsifs à temps court de l'émergence de structures ondulatoires cohérentes à temps long. Nous verrons en quoi l'expression du caractère non-local d'un marcheur permet d'en révéler les symétries internes et d'assurer la convergence du système dynamique vers un jeu d'états propres de basse dimension. / Waves and particles are distinct objects at a macroscopic scale. The existence of walkers, drops bouncing on a vertically vibrated fluid bath is a surprising case of dual objects at our scale. The drop is self-propelled, piloted by the standing surface waves generated by its previous rebounds. These objects exhibit a rich dynamics relying on the concept of path memory. Indeed, the wave field results from the position of the past impacts left all along the walker trajectory. The memory is tunable at will by simply changing the vertical acceleration of the bath. A series of experiments have revealed the surprising dynamical behaviors of this dual drop-wave entity. In this PhD, we give a theoretical understanding of the temporal non local structure of walkers. We explore the dynamics of numerical walkers in a two-dimensional harmonic potential. We observe that the system only reaches a relatively limited set of stable attractors, quantized in both extension and mean angular momentum, in excellent agreement with the experimental results. We investigate how the different time scales are intertwined, which decouples the short-time acting propulsion from the build-up of coherent wave structures at much longer time scales. We analyze the non-local mechanism revealing the internal symmetries of the walker which drives the convergence of the dynamics to a set of low-dimensional eigenstates.

A la fin des années 80, ont été introduits les cristaux photoniques et les métamatériaux, permettant de concevoir des dispositifs avec des propriétés optiques très intéressantes. La découverte de ces propriétés artificielles est considérée comme l’une des avancées les plus spectaculaires de la photonique moderne, avec des applications importantes telles que la création de matériaux à réfraction négative, ou la conception de lentilles plates parfaites. Ces structures présentent néanmoins des pertes optiques dues aux métaux qui rendent plus difficile l’obtention de lentilles super-résolues. Une nouvelle approche, basée sur l’anisotropie du métamatériau, a alors été proposée comme une alternative très intéressante pour la conception de lentilles plates à super-résolution. Parallèlement les limites du modèle de Drude pour la description de la réponse optique des métaux ont été mises en évidence expérimentalement. Ce manuscrit de thèse présente une étude théorique et numérique d’empilements de couches minces métallo-diélectriques se comportant dans certains domaines de fonctionnement comme des milieux hyperboliques. Après avoir étudié le lien existant entre la réfraction négative et les décalages géants, le manuscrit se concentre sur la conception de lentilles plates permettant d’obtenir de la super-résolution : des images offrant une meilleure résolution que celle permise par les lois de la diffraction classique. Pour répondre à ces objectifs, nous avons développé une théorie basée sur l’approximation du milieu hyperbolique (obtenue avec un empilement métallo-diélectrique) par un milieu isotrope effectif à l’aide d’un développement parabolique du vecteur d’onde de Bloch. Les outils nécessaires pour toute étude de l’influence de la non-localité intrinsèque des métaux sur les propriétés optiques des structures sont ensuite développés et appliqués aux métallo-diélectriques. / In the early 80’s, planar or periodic photonics crystals have been introduced in order to control light and to obtain entirely new optical properties. The unrivalled properties of these metamaterials are of tremendous interest for advanced photonic systems, with some important applications such as materials with negative refraction or flat lenses. However, these structures present optical losses induced by metals defects and experimental fabrication at nanometric scales that prevent them to reach the expected performances. A new approach based on describing metallo-dielectric as anisotropic materials has then been proposed as an alternative description. In parallel, the limits of the Drude model have been experimentally highligthed. In this context this manuscript presents a theoretical and numerical study of metallo-dielectric multilayers that can be considered as homogeneous media with a hyperbolic dispersion relation. We first present the link between negative refraction and large negative lateral shifts, and then focus on the design of flat lenses with subwavelength resolution : structures allowing a better resolution than the classical diffraction limit. We thus developed a theory based on the approximation of the hyperbolic medium, by a homogeneous and isotropic medium with a parabolic development of the vector of wave of Bloch. Finally, the tools required to study the influence of the intrinsic nonlocality of metals on the optical properties of multilayers are developped and the formalism is applied to metallo-dielectric lenses.