Cette thèse porte sur la conjecture de Baum-Connes pour les groupes quantiques. Le but principal de ce travail est l'étude de la stabilité de la conjecture de Baum-Connes par certaines constructions de groupes quantiques discrets.Dans un premier temps, nous réalisons une étude détaillé et approfondie de la reformulation catégorielle de la conjecture de Baum-Connes d'après les travaux de R. Meyer et R. Nest. Ensuite, nous appliquons ces techniques au cas concret des groupes quantiques discrets sans torsion.Nous réalisons une étude exhaustive des produits croisés afin de pouvoir les manipuler aisément en connexion avec la conjecture de Baum-Connes. Notamment nous donnons une preuve de la propriété universelle d'un produit croisé réduit par un groupe quantique discret. Nous analysons également quelques propriétés d'importance pour le contexte de cette thèse. Mentionnons particulièrement la propriété d'associativité du produit croisé par rapport à un produit semi-direct.En s'inspirant des travaux pionniers de J. Chabert nous menons une généralisation pour les groupes quantiques discrets de la stabilité de la conjecture de Baum-Connes par rapport à un produit semi-direct. Deux propriétés d'invariance d'intérêt indépendant sont également étudiées, à savoir le phénomène de torsion et la K-moyennabilité. Nous observons que l'hypothèse sans torsion force un biproduit crosié compact à être un produit semi-direct quantique sans torsion. Ainsi, la conjecture de Baum-Connes correspondante ne fournit pas d'information remarquable dans ce cas. La stratégie générale pour mener à bien une telle généralisation consiste à définir un foncteur de “décomposition” entre les catégories de Kasparov suivant l'opération de produit semi-direct. Nous observons que cette stratégie peut être extrapolée à d'autres constructions de groupes quantiques. Notamment un produit direct de groupe quantiques. Dans ce cas, nous établissons une connexion avec la formule de Künneth de manière analogue à ce qui a été démontré par J. Chabert, S. Echterhoff et H. Oyono-Oyono pour les groupes localement compacts classiques. Les propriétés de torsion et de K-moyennabilité ont également été étudiées.Nous savons, grâce à R. Vergnioux and C. Voigt, que la conjecture de Baum-Connes forte est préservée par le passage aux sous-groupes quantiques discrets divisibles. Le même résultat est vrai pour la propriété de torsion forte, grâce à Y. Arano et K. De Commer. Dans ce travail nous montrons qu'aussi bien la conjecture de Baum-Connes usuelle que la propriété de torsion usuelle sont préservées par le passage aux sous-groupes quantiques discrets divisibles. La propriété de K-moyennabilité a également été étudiée.Une notable propriété de permanence inclue dans cette thèse est la stabilité de la conjecture de Baum-Connes forte par produit en couronne libre. Pour cela, nous réalisons une complète classification des actions de torsion pour un produit libre quantique, ce qui permet de donner une formulation adéquate de la conjecture de Baum-Connes forte pour un produit en couronne libre inspirés par le travail pionnier de C. Voigt. Une application majeure est un calcul explicite de K-théorie, dans trois situations pertinentes, pour le groupe quantique compact de Lemeux-Tarrago qui est monoïdallement équivalent à un produit en couronne libre. Cette propriété de stabilité pour un produit en couronne libre ainsi que les calculs de K-théorie s'intègrent dans un travail en collaboration avec A. Freslon. Pour conclure, nous nous questionnons sur les résultats obtenus afin de proposer une liste de questions, problems et objectifs que l'auteur a rencontré durant l'intégralité de la période de recherche de cette thèse et qui rassemblent quelques unes des lignes de travail pour ses projets futures de recherche / The present dissertation is focused on the Baum-Connes conjecture for quantum groups. The main purpose of this work is the study of the Baum-Connes conjecture stability under some constructions of discrete quantum groups. In a first phase, we carry out a detailed and extensive study about the categorical reformulation of the Baum-Connes conjecture according to the results of R. Meyer and R. Nest. Next, we apply these techniques to the specific case of torsion-free discrete quantum groups. We carry out an exhaustive study of crossed products in order to handle them comfortably in connexion with the Baum-Connes conjecture. Notably, we give a proof of the universal property satisfied by a reduced crossed product by a discrete quantum group. We analyze as well some important properties for this dissertation. Let us mention in particular the associativity property of the crossed product with respect to a semi-direct product. Being inspired by the pionneer work of J. Chabert, we perform a generalization for discrete quantum groups of the invariance property of the Baum-Connes conjecture under the semi-direct product construction. Two permanence properties of own interest are studied as well. Namely, the torsion-freeness and the K-amenability. We observe that the torsion-freeness assumption forces a compact bicrossed product to be a torsion-free quantum semi-direct product, so that the corresponding Baum-Connes conjecture does not give any relevant information in this case. The general strategy used to accomplish such a generalization consists in defining a “decomposition” functor between the corresponding Kasparov categories in accordance with the semi-direct product operation. Thus, we observe that this strategy can be extrapolate to other (quantum) group constructions. Namely, to a quantum direct product. In this case, we state a connexion with the Künneth formula as pointed out by J. Chabert, S. Echterhoff and H. Oyono-Oyono for classical locally compact groups. The properties of torsion-frenness and K-amenability are also analyzed. It is known, thanks to R. Vergnioux and C. Voigt, that the strong Baum-Connes conjecture is preserved by divisible discrete quantum subgroups. The same is true for the strong torsion-freeness property, thanks to Y. Arano and K. De Commer. Here we show that both the usual Baum-Connes conjecture and the usual torsion-freeness property are preserved by divisible discrete quantum subgroups. The K-amenability property is analyzed too. A notably permanence property included in this dissertation is the invariance of the strong Baum-Connes conjecture under the free wreath product construction. For this, we carry out a complete classification of torsion actions of a quantum free product, which allows to give an appropriated formulation of the strong Baum-Connes conjecture for a free wreath product inspired by the pioneer work of C. Voigt. A major application is an explicit K-theory computation, in three relevant situations, for the Lemeux-Tarrago's compact quantum group which is monoidally equivalent to a free wreath product. Both this stability property for a free wreath product and the K-theory computations are part of a collaboration work with A. Freslon. To conclude, we question ourselves about the results obtained in order to suggest a list of questions, problems and goals that the author has encountered during the whole research period of the present dissertation and that are part of his future research projects

Cette thèse étudie deux aspects d'interaction entre deux joueurs dans le modèle du calcul et de la communication quantique.Premièrement, elle étudie deux primitives cryptographiques quantiques, des briques de base pour construire des protocoles cryptographiques complexes entre deux joueurs, comme par exemple un protocole d'identification. La première primitive est la ``mise en gage quantique". Cette primitive ne peut pas être réalisée de manière inconditionnellement sûre, mais il possible d'avoir une sécurité lorsque les deux parties sont soumis à certaines contraintes additionnelles. Nous étudions cette primitive dans le cas où les deux joueurs sont limités à l'utilisation d'états et d'opération gaussiennes, un sous-ensemble de la physique quantique central en optique, donc parfaitement adapté pour la communication via fibres optiques. Nous montrons que cette restriction ne permet malheureusement pas la réalisation de la mise en gage sûre. Pour parvenir à ce résultat, nous introduisons la notion de purification intrinsèque, qui permet de contourner l'utilisation du théorème de Uhlman, en particulier dans le cas gaussien. Nous examinons ensuite une primitive cryptographique plus faible, le ``tirage faible à pile ou face'', dans le modèle standard du calcul quantique. Carlos Mochon a donné une preuve d'existence d'un tel protocole avec un biais arbitrairement petit. Nous donnons une interprétation claire de sa preuve, ce qui nous permet de la simplifier et de la raccourcir grandement.La seconde partie de cette thèse concerne l'étude de méthodes pour prouver des bornes inférieures dans le modèle de la complexité en requête. Il s'agit d'un modèle de complexité central en calcul quantique dans lequel de nombreux résultats majeurs ont été obtenus. Dans ce modèle, un algorithme ne peut accéder à l'entrée uniquement en effectuant des requêtes sur chacun des bits de l'entrée. Nous considérons une extension de ce modèle dans lequel un algorithme ne calcule pas une fonction, mais doit générer un état quantique. Cette généralisation nous permet de comparer les différentes méthodes pour prouver des bornes inférieures dans ce modèle. Nous montrons d'abord que la méthode par adversaire ``multiplicative" est plus forte que la méthode ``additive". Nous montrons ensuite une réduction de la méthode polynomiale à la méthode multiplicative, ce qui permet de conclure à la supériorité de la méthode par adversaire multiplicative sur toutes les autres méthodes. Les méthodes par adversaires sont en revanche souvent difficiles à utiliser car elles nécessite le calcul de normes de matrices de très grandes tailles. Nous montrons comment l'étude des symétries d'un problème simplifie grandement ces calculs. Enfin, nous appliquons ces formules pour prouver la borne inférieure optimale du problème INDEX-ERASURE un problème de génération d'état quantique lié au célèbre problème GRAPH-ISOMORPHISM. / This dissertation studies two different aspects of two-player interaction in the model of quantum communication and quantum computation.First, we study two cryptographic primitives, that are used as basic blocks to construct sophisticated cryptographic protocols between two players, e.g. identification protocols. The first primitive is ``quantum bit commitment''. This primitive cannot be done in an unconditionally secure way. However, security can be obtained by restraining the power of the two players. We study this primitive when the two players can only create quantum Gaussian states and perform Gaussian operations. These operations are a subset of what is allowed by quantum physics, and plays a central role in quantum optics. Hence, it is an accurate model of communication through optical fibers. We show that unfortunately this restriction does not allow secure bit commitment. The proof of this result is based on the notion of ``intrinsic purification'' that we introduce to circumvent the use of Uhlman's theorem when the quantum states are Gaussian. We then examine a weaker primitive, ``quantum weak coin flipping'', in the standard model of quantum computation. Mochon has showed that there exists such a protocol with arbitrarily small bias. We give a clear and meaningful interpretation of his proof. That allows us to present a drastically shorter and simplified proof.The second part of the dissertation deals with different methods of proving lower bounds on the quantum query complexity. This is a very important model in quantum complexity in which numerous results have been proved. In this model, an algorithm has restricted access to the input: it can only query individual bits. We consider a generalization of the standard model, where an algorithm does not compute a classical function, but generates a quantum state. This generalization allows us to compare the strength of the different methods used to prove lower bounds in this model. We first prove that the ``multiplicative adversary method'' is stronger than the ``additive adversary method''. We then show a reduction from the ``polynomial method'' to the multiplicative adversary method. Hence, we prove that the multiplicative adversary method is the strongest one. Adversary methods are usually difficult to use since they involve the computation of norms of matrices with very large size. We show how studying the symmetries of a problem can largely simplify these computations. Last, using these principles we prove the tight lower bound of the INDEX-ERASURE problem. This a quantum state generation problem that has links with the famous GRAPH-ISOMORPHISM problem.