De récents progrès dans la nanoélectronique quantique ont donné lieu à denouvelles expériences avec des sources cohérentes d'électrons unique. Lorsqu'undispositif électronique quantique est manipulé sur une échelle de temps pluscourte que le temps de vol caractéristique d'un électron à travers ledispositif, toute une gamme de possibilités qui sont conceptuellement nouvellesdeviennent possible. Pour traiter de telles situations physiques, des avancéescorrespondantes sont nécessaires dans les techniques de simulation, pour aiderà comprendre, ainsi qu'à concevoir, la prochaine génération d'expériences dansce domaine.Les techniques les plus avancées pour simuler ce genre de physique nécessitentun temps de calcul qui croît de linéairement avec la taille dusystème, mais de manière quadratique avec la durée simulée.Ceci est particulièrement problématique pour les cas où un électron restedans le dispositif pendant une durée beaucoup plus longue que le temps devol balistique. Dans cette thèse on propose d'améliorer un algorithmeexistant, basé sur des fonctions d'onde, pour traiter le transport quantiquerésolu en temps dont le temps de calcul croît linéairement avec la taille du système ainsique la durée simulée. Par la suite on exploite cet algorithme pour étudierplusieurs systèmes physiques intéressants. En particulier on trouve quel'application d'un train d'impulsions de tension à un interféromètre à électronspeut stabiliser la modification dynamique du schéma d'interférence.On exploite cet effet pour faire de la spectroscopied'états d'Andreev et de Majorana existant dans des structure hybridessupraconducteur-nanofil.Les algorithmes numériques sont implémentés en tant qu'extension du logicielde transport quantique Kwant. Cette implémentation est utilisée pour tousles résultats numériques présentés dans la thèse, ainsi que d'autres projetsde recherche couvrants une grande gamme de physique: effet Hall quantique,isolants topologiques de Floquet, interféromètres de type Fabry-Pérot, etjonctions supraconductrices. / Recent technical progress in the field of quantum nanoelectronics have lead toexciting new experiments involving coherent single electron sources.When quantum electronic devices are manipulated on time scales shorterthan the characteristic time of flight of electrons through the device, a wholeclass of conceptually new possibilities become available. In order totreat such physical situations, corresponding advances in numerical techniquesand their software implementation are required both as a tool to aidunderstanding, and also to help when designing the next generation ofexperiments in this domain.Recent advances in numerical methods have lead to techniques for which thecomputation times scales linearly with the system volume, but as thesquare of the simulation time desired. This is particularly problematicfor cases where the characteristic dwell time of electrons in the centraldevice is much longer than the ballistic time of flight. Here, we proposean improvement to an existing wavefunction based algorithm fortreating time-resolved quantum transport which scales linearly in both thesystem volume and desired simulation time. We use this technique tostudy a number of interesting physical cases. In particular we find that theapplication of a train of voltage pulses to an electronic interferometercan be used to stabilise the dynamical modification of the interferencethat was recently proposed. We use this to perform spectroscopy on Majoranaand Andreev resonances in hybrid superconductor-nanowire structures.The numerical algorithms are implemented as an extension to the Kwantquantum transport software. This implementation is used for all the numericalresults presented here, in addition to other work, covering a wide varietyof physical applications: quantum Hall effect, Floquet topological insulators,Fabry-Perot interferometers and superconducting junction.

Ce manuscrit de thèse aborde les propriétés de transport hors-équilibre des systèmes mésoscopiques supra-conducteurs. Cette étude se décline en deux volets : i) la signature des fermions de Majorana dans les jonctionsJosephson topologiques, et ii) les corrélations du courant dans les jonctions Josephson tri-terminales.Les fermions de Majorana apparaissent aux bords d’un supraconducteur topologique. Lorsque deux supra-conducteurs topologiques sont reliés pour former une jonction Josephson, les états de Majorana d’énergie nullede part et d’autre de jonction forment un état lié d’Andreev. Puisque cet état porteur du supercourant est4π-périodique vis-à-vis de la différence de phase supraconductrice, il a été spéculé un effet Josephson fraction-naire en présence d’une tension de polarisation. On montre qu’une vitesse de phase finie induit un couplagedynamique entre l’état lié et le continuum des états au dessus de l’amplitude du gap supraconducteur. Ce cou-plage intrinsèque constitue un mécanisme inévitable qui altère l’effet Josephson fractionnaire. On discute, enfonction des paramètres du circuit, les signatures expérimentales pertinentes de l’effet Josephson fractionnaire :l’effet pair-impair dans les marches de Shapiro et l’émergence d’un pic à la fréquence fractionnaire dans la den-sité spectrale du bruit en courant. D’autres manifestations de ces états d’énergie nulle dans la caractéristiquecourant-tension, sous l’amplitude du paramètre d’ordre supraconducteur, sont également exposés.Dans un second temps sont abordées les fluctuations du courant dissipatif dans les jonctions Josephsontri-terminales. On montre que, les corrélations croisées du courant peuvent être positives et amplifiées dans unrégime cohérent. Ces résultats ouvrent la possibilité à des études plus élaborées sur l’enchevêtrement quantiquedans ces systèmes. / This PhD thesis manuscript deals with the non equilibrium transport properties of superconducting meso-scopic systems. This study declines in two shutters : i) signatures of Majorana fermions in topological Josephsonjunctions and ii) current-current correlations in three-terminal Josephson junctions.Majorana fermions appears at the boundaries of topological superconductors. When two topological su-perconductors are connected to form a Josephson junction, the zero-energy Majorana bound states localizedon either side of the junction form an Andreev bound state. As this current carrying state is 4π-periodic inthe superconducting phase difference, it was speculated that, at finite dc bias voltage, the junction exhibits afractional Josephson effect. We show that any finite phase velocity induces a dynamic coupling between thebound state and the continuum of states above the superconducting gap amplitude. This intrinsic couplingprovides an unavoidable mechanism that alters the fractional Josephson effect. We discuss, in terms of thecircuit parameters, signatures of the fractional Josephson effect that could be relevant for current experimen-tal investigations : the even-odd effect in Shapiro steps and the emergence of a peak at fractional Josephsonfrequency in the current noise spectrum. Furthermore, other manifestations of the Majorana bound states onthe subgap current-voltage characteristic are discussed.In a second step, we discuss the dissipative current fluctuations in three terminal Josephson junctions. Weshow that, current-current cross correlations can be positive and amplified in a coherent regime. This findingopens the possibility for further investigations on quantum entanglement in those systems

L’intégration à large échelles de bits quantiques (qubits) nécessite le développement de systèmes quantiques à deux niveaux à l’état solide comme par exemple des spins électroniques confinés dans des boîtes quantiques ou des fermions de Majorana dans des nanofils semiconducteurs.Les trous confinés à une ou deux dimensions dans des hétérostructures à base de germanium sont de bons candidats pour de tels qubits parce qu’ils offrent i) une forte interaction spin-orbite (SOI) conduisant à des facteurs de Landé relativement grands, ii) un couplage hyperfin réduit laissant entrevoir un long de temps de cohérence de spin et iii) des masses efficaces relativement faibles favorisant le confinement quantique. Au cours de cette thèse, j’ai étudié le transport de trous dans des systèmes unidimensionnels et bidimensionnels faits à partir d’hétérostructures Ge/Si_0.2Ge_0.8 à contrainte compressive. Une partie importante de mon travail de recherche a été consacrée au développement de techniques de fabrication pour ces dispositifs semi-conducteurs. J’ai débuté par la fabrication de dispositifs de type "barre de Hall" à partir d’hétérostructures Ge/SiGe non dopées.J’ai étudié deux types d’ hétérostructures contenants un puits quantique de Ge contraint: l’une où le puits de Ge est à la surface de la structure donc facilement accessible aux contacts métalliques, et l’autre où le puitsest enterré à 70nm sous la surface permettant d’avoir une mobilité élevée.Les propriétés électroniques du gaz de trou bidimensionnel confiné dans lepuits de Ge ont été étudiées à travers des mesures de magnéto-transportjusqu’à 0,3 K. Pour le puits enterré, mes mesures ont révélé un caractère dominant de trou lourd, ce qui est attendu dans le cas d’une contrainte compressive en combinaison avec un confinement bidimensionnel. Les dispositifs avec un puits de Ge superficiel ont montré un transport diffusif et un effet d’anti-localisation faible, ce qui est dû à l’interférence quantique de differents chemins de diffusion en présence du SOI. Le fait que le puits de Ge soit situé à la surface permet des champs électriques perpendiculaires relativement grands et, par conséquent, un plus fort SOI de type Rashba. J’ai été en mesure d’estimer l’énergie caractéristique du SOI en obtenant une valeur d’environ 1 meV. Pour la réalisation de nano-dispositifs quantiques,j’ai utilisé l’ hétérostructure avec un puits de Ge enterré où la mobilité des trous se rapproche de 2 × 105 cm2/Vs. En utilisant la lithographie par faisceau d’électrons, des grilles métalliques à l’échelle nanométrique ont été définies sur la surface de l’échantillon afin de créer des constrictions unidimensionnelles dans le gaz de trous bidimensionnel. J’ai ainsi réussi à observer la quantification de la conductance dans des fils quantiques d’une longueur allant jusqu’à ~ 600 nm. Dans ces fils, j’ai étudié l’effet Zeeman sur les sous-bandes unidimensionnelles. J’ai trouvé des grands facteurs g pour le champ magnétique perpendiculaire, et des petits facteurs g dans le plan. Cette forte anisotropie indique un caractère de trou lourd prédominant,ce qui est attendu dans le cas d’un confinement dominant dans la direction perpendiculaire. Les grands facteurs g et le caractère unidimensionnel balistique sont des propriétés favorables à la réalisation de fermions de Majorana. Enfin, j’ai commencé à explorer le potentiel des hétérostructures à base de Ge pour la réalisation de dispositifs à points quantiques, en visant des applications en calcul quantique à base de spin. Au cours des derniers mois, j’ai pu observer des signes évidents de transport à un seul trou, posant ainsi les bases pour des études plus approfondies sur les points quantiques des trous. / Aiming towards largely integrated quantum bits (qubits) requires thedevelopment of solid-state, two-level quantum systems, such as spins inquantum dots or Majorana fermions in one-dimensional wires. Holes confinedin low-dimensional, germanium-based heterostructures are good candidatesfor such qubits because they offer i) large spin-orbit interaction(SOI), leading to conveniently large g factors, ii) reduced hyperfine coupling,which is important for long spin coherence, and iii) relatively loweffective masses, favoring quantum confinement. In this thesis, I have investigatedhole transport in one- and two-dimensional systems made fromcompressively strained Ge/Si_0.2Ge_0.8 heterostructures. An important partof my research work has been devoted to developing the recipes for devicefabrication. I have started from the fabrication of gated Hall bardevices from nominally undoped Ge/SiGe heterostructures. I have studiedtwo types of the heterostructures embedding a strained Ge quantumwell: one where the Ge well is at the surface, hence easily accessible tometal contacts, and one where it is buried 70 nm below the surface, aconfiguration resulting in higher hole mobility. The electronic propertiesof the two-dimensional hole gas confined to the Ge well were studied bymeans of magneto-transport measurements down to 0.3 K. My measurementsrevealed a dominant heavy-hole character, which is expected fromthe presence of a compressive strain in combination with two-dimensionalconfinement. The surface-Ge devices showed diffusive transport and a weakanti-localization effect, which is due to SOI in combination with quantuminterference. The fact that the Ge quantum well is located at the surfaceallows for relatively large perpendicular electric fields and hence enhancedRashba-type SOI. I was able to estimate a spin splitting of around 1 meV.For the realization of quantum nano-devices, I used the heterostructure witha buried Ge well where the hole mobility approaches 2×105 cm2/Vs. Usinge-beam lithography, sub-micron metal gates were defined on sample surfacein order to create one-dimensional constrictions in the two-dimensional holegas. I succeeded in observing conductance quantization in hole quantum wires with a length up to ~ 600 nm. In these wires I investigated the Zeemansplitting of the one-dimensional subbands, finding large perpendicularg-factors as opposed to small in-plane g-factors. This strong anisotropyindicates a prevailing heavy-hole character, which is expected in the caseof a dominant confinement in the perpendicular direction. The large g factorsand the ballistic one-dimensional character are favorable properties forthe realization of Majorana fermions. Finally, I have begun to explore thepotential of Ge-based heterostructures for the realization of quantum-dotdevices, having in mind applications in spin-based quantum computing.During the last months, I was able to observe clear evidence of single-holetransport, laying the ground for more in-depth studies of hole quantumdots.

abstract: Conductance fluctuations associated with quantum transport through quantumdot systems are currently understood to depend on the nature of the corresponding classical dynamics, i.e., integrable or chaotic. There are a couple of interesting phenomena about conductance fluctuation and quantum tunneling related to geometrical shapes of graphene systems. Firstly, in graphene quantum-dot systems, when a magnetic field is present, as the Fermi energy or the magnetic flux is varied, both regular oscillations and random fluctuations in the conductance can occur, with alternating transitions between the two. Secondly, a scheme based on geometrical rotation of rectangular devices to effectively modulate the conductance fluctuations is presented. Thirdly, when graphene is placed on a substrate of heavy metal, Rashba spin-orbit interaction of substantial strength can occur. In an open system such as a quantum dot, the interaction can induce spin polarization. Finally, a problem using graphene systems with electron-electron interactions described by the Hubbard Hamiltonian in the setting of resonant tunneling is investigated. Another interesting problem in quantum transport is the effect of disorder or random impurities since it is inevitable in real experiments. At first, for a twodimensional Dirac ring, as the disorder density is systematically increased, the persistent current decreases slowly initially and then plateaus at a finite nonzero value, indicating remarkable robustness of the persistent currents, which cannot be discovered in normal metal and semiconductor rings. In addition, in a Floquet system with a ribbon structure, the conductance can be remarkably enhanced by onsite disorder. Recent years have witnessed significant interest in nanoscale physical systems, such as semiconductor supperlattices and optomechanical systems, which can exhibit distinct collective dynamical behaviors. Firstly, a system of two optically coupled optomechanical cavities is considered and the phenomenon of synchronization transition associated with quantum entanglement transition is discovered. Another useful issue is nonlinear dynamics in semiconductor superlattices caused by its key potential application lies in generating radiation sources, amplifiers and detectors in the spectral range of terahertz. In such a system, transition to multistability, i.e., the emergence of multistability with chaos as a system parameter passes through a critical point, is found and argued to be abrupt. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2016

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-11T14:46:48Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1205344 bytes, checksum: c7bac6a18f4623c77e994970333f09be (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-11T14:46:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1205344 bytes, checksum: c7bac6a18f4623c77e994970333f09be (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The transport of electrons through nanostructures is an important achievement of quantum mechanics. In this dissertation, quantum transport will be explored through the statistic formalism of random scattering matrices, wich will be thoroughly explored in its own chapter. This formalism will then be adequated to be used in computer simulation to achieve some interesting results. We will study Landauer’s formulation for the conductance at low temperatures adapted to scattering matrices. Through this formulation, we will obtain conductance curves, autocorrelation curves, and finally we will analyze the width of the autocorrelation curves for different resonances. We will also study a specific process of generation of entanglement of formation, as defined byWooters, following a model created by Beenakker. Following the same methodology used for the conductance, we will use the scattering matrices formalism to obtain autocorrelation curves for entanglement and conductance. Exclusively for entanglement and concurrence, some new results will be presented through graphs and histograms of probability of entanglement and concurrence for some energies of interest. The results for both the conductance and the entanglement will be obtained through similar systems, consisting of an open quantum dot with two leads and four channels, studied according to the necessity of each formulation. / Uma realizac¸ ˜ao importante da mecˆanica quˆantica ´e o transporte de el´etrons atrav´es de nanoestruturas. Neste trabalho o transporte quˆantico ser´a explorado atrav´es do formalismo estat´ıstico de matrizes de espalhamento aleat´orias, que, por sua vez, ser´a detalhadamente explorado. Este formalismo ser´a ent˜ao adequado a algumas formulac¸ ˜oes para a obtenc¸ ˜ao de resultados de interesse atrav´es de simulac¸ ˜ao computacional. Ser´a estudada a formulac¸ ˜ao de Landauer para a condutˆancia `a baixas temperaturas adaptada para matrizes de espalhamento. Atrav´es desta formulac¸ ˜ao, ser˜ao obtidas curvas de condutˆancia, curvas de autocorrelac¸ ˜ao da condutˆancia e, por fim, ser´a feita uma an´alise da largura das curvas de autocorrelac¸ ˜ao para diferentes resson ˆancias. Ser´a estudado tamb´em um processo espec´ıfico de criac¸ ˜ao de emaranhamento de formac¸ ˜ao definido por Wooters, seguindo um modelo criado por Beenakker. Igualmente, ser´a utilizado o formalismo de matrizes de espalhamento para obtenc¸ ˜ao de curvas de autocorrelac¸ ˜ao do emaranhamento e da concorrˆencia. No caso do emaranhamento e da concorrˆencia ser˜ao apresentados alguns resultados in´editos atrav´es de gr´aficos e histogramas de probabilidade de emaranhamento e concorrˆencia para energias de interesse. Os resultados ser˜ao obtidos atrav´es de sistemas similares, tratando de um ponto quˆantico aberto com dois guias e quatro canais, estudados de acordo com a necessidade de cada formulac¸ ˜ao.

Dans cette thèse nous étudions les propriétés statistique des courants dans des systèmes à l'échelle mésoscopique. Nous utilisons le formalisme de la statistique de comptage afin de caractériser les fluctuations de courant importantes à cette échelle. Celle-ci est obtenue en partant du Hamiltonien microscopique décrivant la dynamique des électrons sur le circuit considéré dans le régime quantique.<p>Nous considérons deux modèles particuliers de circuits à deux canaux, chacun comportant deux électrodes. Le premier modèle étudié est constitué de deux plots quantiques en couplage capacitif, et chacun échangeant des électrons avec deux électrodes. Le deuxième modèle est quant à lui constitué d'un double plot quantique connecté à deux électrodes et modulant le courant dans un point quantique formé lui-même par la jonction de deux électrodes. Pour ces deux modèles, chaque canal est soumis à une différence de potentiel, ou force thermodynamique, générant des courants stationnaires fluctuants.<p>La statistique des courants pour ces deux modèles est obtenue en utilisant une équation maîtresse pour les probabilités d'occupation dans les plots quantiques et le nombre d'électrons transférés entre ceux-ci et les électrodes. Nous vérifions que la distribution de probabilité jointes des courants dans chaque canal ainsi obtenue vérifie un théorème de fluctuation dans la limite des temps long faisant intervenir les forces thermodynamique des deux canaux.<p>La question de l'émergence d'un théorème de fluctuation effectif pour la distribution de probabilité marginale du courant dans un des deux canaux est également investiguée. Nous montrons que dans la limite ou le rapport des courants est grande, un tel théorème de fluctuation effectif est satisfait individuellement pour le canal de plus faible courant comme observé expérimentalement. Ce théorème fait intervenir une affinité effective dépendante des forces thermodynamiques des deux canaux et des spécificités du modèle considéré. Son étude détaillée est faite pour les deux modèles mentionnés.<p>Par ailleurs, nous posons également la question de l'existence d'un théorème de fluctuation pour des temps de mesure finis. Nous montrons qu'en présence d'un théorème de fluctuation dans la limite de temps longs, un critère peut être énoncé sur la condition initiale des plots quantiques menant à un théorème de fluctuations à temps fini. Ce critère est également étendu au cas des théorèmes de fluctuations effectifs.<p>Finalement, nous faisons une étude thermodynamique du modèle composé d'un double plot quantique en présence de différences de potentiel électrique et de température entre les électrodes du circuit. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<p>Истаживања у оквиру докторске дисертације имају за циљ да пруже допринос дубљем разумевању физичких механизама присутних код мемристора, с обзиром да у стручној литератури и даље постоје отворена питања везана за кључни процес који индукује мемристивни ефекат у материјалу. Као функционални материјал за меморије на бази промене валенце, на ком се испитује мемристивни ефекат, одабран је титанијум диоксид јер се већ показао као добар кандидат за резистивно-прекидачке меморије. Експериментални резултати показују ефекат квантизације проводности за ТiО2 мемристоре, што захтева развијање и примену модела балистичког транспорта за описивање електричних карактериристика узорка.</p> / <p>Istaživanja u okviru doktorske disertacije imaju za cilj da pruže doprinos dubljem razumevanju fizičkih mehanizama prisutnih kod memristora, s obzirom da u stručnoj literaturi i dalje postoje otvorena pitanja vezana za ključni proces koji indukuje memristivni efekat u materijalu. Kao funkcionalni materijal za memorije na bazi promene valence, na kom se ispituje memristivni efekat, odabran je titanijum dioksid jer se već pokazao kao dobar kandidat za rezistivno-prekidačke memorije. Eksperimentalni rezultati pokazuju efekat kvantizacije provodnosti za TiO2 memristore, što zahteva razvijanje i primenu modela balističkog transporta za opisivanje električnih karakteriristika uzorka.</p> / <p>Research topics in this PhD thesis aims to provide contribution in deeper<br />understanding of physical mechanisms which drives resistive-switching<br />mechanism in memristors, as existing literature provides open questions for<br />key mechanism processes which influences memristive effect in materials. In<br />order to test response of Valance Change Memories, TiO2 nanomaterial was<br />used as the functional layer, as this material was already shown suitable for<br />these applications. Measured results show conductance quantization effect<br />for TiO2 based memristors, which requiers ballistic transport model for<br />interpretation of electrical response of the device.</p>

Dans cette thèse, nous étudions d’un point de vue théorique les propriétés physiques de nanostructures couplées à des cavités micro-ondes. L’électrodynamique quantique (QED) en cavité en présence d’une boîte quantique s’est révélée être une technique expérimentale puissante, permettant d'étudier cette dernière par des mesures photoniques en plus des mesures de transport électronique conventionnelles. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser le champ micro-ondes de la cavité afin d’extraire des informations supplémentaires sur les propriétés des conducteurs quantiques : le coefficient de transmission optique est directement lié à la susceptibilité électronique de ces conducteurs quantiques. Nous appliquons ce cadre général à différents systèmes mésoscopiques couplés à une cavité supraconductrice micro-ondes comme  une jonction tunnel, une boîte quantique couplée à des réservoirs, un fil topologique et un anneau supraconducteur. La QED en cavité peut être utilisée pour sonder, par l'intermédiaire de mesures photoniques, la dépendance en fréquence de l’admittance du puits quantique couplé à la cavité micro-ondes. En ce qui concerne le fil topologique, nous avons montré que la cavité permet de caractériser la transition de phase topologique, l'émergence de fermions de Majorana, ainsi que la parité de l'état fondamental. Pour l'anneau supraconducteur, nous étudions par l'intermédiaire de la réponse optique de la cavité l’effet Josephson et le passage à l'effet Josephson fractionnaire, qui est associé à l'apparition de fermions de Majorana dans le système. Le cadre théorique proposé dans cette permet de sonder de manière non-invasive un large éventail de nanostructures, des boîtes quantiques aux supraconducteurs topologiques. En outre, il donne de nouvelles informations sur les propriétés de ces conducteurs quantiques, informations non accessibles via des expériences de transport. / In this thesis, we study theoretically various physical properties of nanostructures that are coupledto microwave cavities. Cavity quantum electrodynamics (QED) with a quantum dot has been proven to be a powerful experimental technique that allows to study the latter by photonic measurements in addition to electronic transport measurements. In this thesis, we propose to use the cavity microwave field to extract additional information on the properties of quantum conductors: optical transmission coefficient gives direct access to electronic susceptibilities of these quantum conductors. We apply this general framework to different mesoscopic systems coupled to a superconducting microwave cavity, such as a tunnel junction, a quantum dot coupled to the leads, a topological wire and a superconducting ring. Cavity QED can be used to probe the finite frequency admittance of the quantum dot coupled to the microwave cavity via photonic measurements. Concerning the topological wire, we found that the cavity allows for determining the topological phase transition, the emergence of Majorana fermions, and also the parity of the ground state. For the superconducting ring, we propose to study the Josephson effect and the transition from the latter to the fractional Josephson effect, which is associated with the emergence of the Majorana fermions in the system, via the optical response of the cavity. The proposed framework allows to probe a broad range of nanostructures, including quantum dots and topological superconductors, in a non-invasive manner. Furthermore, it gives new information on the properties of these quantum conductors, which was not available in transport experiments.

Dans cette thèse, je me suis principalement intéressé aux effets liés aux impuretés magnétiques dans les métaux et supraconducteurs. Dans le premier chapitre je présenterai l’effet Kondo, celui-ci se produit lorsqu’une impureté magnétique présente un couplage antiferromagnétique avec le métal qu’elle pollue. Les électrons forment alors, à suffisamment basse température, un nuage écrantant le magnétisme de l’impureté. Le deuxième chapitre portera sur les états de Yu-Shiba-Rusinov produits par des impuretés magnétiques dans un supraconducteur. Dans ce cas, l’impureté brise localement l’ordre supraconducteur et un état quantique est crée à l’intérieur du gap.Certains matériaux dits topologiques peuvent comporter des états quantiques protégés à leurs bords contre les perturbations extérieures. Dans les deux derniers chapitres, je présenterai les propriétés des supraconducteurs topologiques et leurs états de bords. Dans le troisième chapitre je présenterai les différentes phases topologiques que peut comporter un supraconducteur avec un paramètre d’ordre complexe mélangeant ondes p et s en présence d’un champ Zeeman. Dans le quatrième et dernier chapitre je présenterai une étude des états de bords que peut comporter ce type de supraconducteurs. / In this thesis, I was mainly interested in the effects related to magnetic impurities in metals and superconductors.In the first chapter I will present the Kondo effect, this effect occurs when a magnetic impurity exhibits an antiferromagnetic coupling with the metal that it pollutes. The electrons then form, at a sufficiently low temperature, a cloud screening the magnetism of the impurity. The second chapter will focus on the states of Yu-Shiba-Rusinov products by magnetic impurities in a superconductor. In this case, the impurity locally breaks the superconducting order and a quantum state is created inside the gap.Some so-called topological materials may include quantum states protected at their edges against external perturbations. In the last two chapters, I will present the properties of topological superconductors and their edge states. In the third chapter I will present the different topological phases that can include a superconductor with a parameter of complex order mixing waves p and s in the presence of a Zeeman field.In the fourth and last chapter I will present a study of the states of edge that may include this type of superconductors.

abstract: Advanced and mature computer simulation methods exist in fluid dynamics, elec- tromagnetics, semiconductors, chemical transport, and even chemical and material electronic structure. However, few general or accurate methods have been developed for quantum photonic devices. Here, a novel approach utilizing phase-space quantum mechanics is developed to model photon transport in ring resonators, a form of en- tangled pair source. The key features the model needs to illustrate are the emergence of non-classicality and entanglement between photons due to nonlinear effects in the ring. The quantum trajectory method is subsequently demonstrated on a sequence of elementary models and multiple aspects of the ring resonator itself. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2020