La résolution de problème est souvent utilisée comme outil de mesure des capacités cognitives individuelles chez les animaux non-humains, puisqu’elle permet d’étudier leurs capacités d’apprentissage opérant et d’innovation. Les capacités cognitives diffèrent selon les espèces et les individus, et leur permettent de maximiser leur aptitude. Par exemple, chez les oiseaux et les mammifères, les espèces avec de plus gros cerveaux relatifs possèderaient de meilleures capacités d’apprentissage sociale et d’innovation, qui leur permettent de mieux s’adapter à un environnement nouveau. Malgré l’utilisation répandue des diamants mandarins dans la recherche en écologie comportementale, l’impact du sexe sur la performance de résolution de problème et la répétabilité des performances ont souvent été négligés, et aucune étude, à notre connaissance, ne s’est intéressée à leur performance en contexte de résolution de problème coopérative. Dans le cadre de notre étude, nous avons décidé d’aborder ces différents aspects pour améliorer notre compréhension des capacités cognitives et de la coopération chez cette espèce modèle. Nous avons confronté des diamants mâles et femelles à trois tests de résolution de problème individuelle (test de la ficelle, test de la barre et test du couvercle) et un test de résolution de problème coopérative. Pour ce dernier, nous avons séparé les individus en deux groupes : couples sociaux et couples expérimentaux, afin de manipuler le lien social entre individus. Les couples sociaux étaient composés d’un mâle et d’une femelle ayant cohabité pendant 7 jours, alors que les couples expérimentaux étaient composés d’un mâle et d’une femelle ne s’étant jamais rencontrés auparavant. Bien que nous nous attendions à ce que le sexe n’ait pas d’impact sur la performance de résolution, nos résultats ont révélé que, en moyenne, les mâles étaient plus rapides pour résoudre un test de résolution de problème individuelle. Ces résultats étaient principalement attribuables à leur performance sur le deuxième test de résolution de problème individuelle (test de la barre). Nous pensons que cette différence pourrait être due à un niveau de persistance plus élevé chez les mâles et/ou à l’impact de la sélection sexuelle sur les performances cognitives, et que ces aspects devraient être davantage explorés dans de futures études. Ensuite, en accord avec nos attentes, nos résultats ont confirmé l’hypothèse de la répétabilité contextuelle, selon laquelle les performances de résolution sont constantes entre différentes tâches impliquant le même processus cognitif. Enfin, nous nous attendions à ce que les couples sociaux soient plus performants que les couples expérimentaux sur le test de résolution de problème coopérative, puisque nous les pensions davantage capables de synchronisation et de coordination comportementale. Or, nous avons trouvé des résultats suggérant le contraire, et nous avons constaté que la performance du couple au test de résolution de problème coopérative, était principalement expliquée par les performances de résolution individuelle de chaque partenaire. Des questions subsistent quant aux raisons pour lesquelles les couples expérimentaux ont mieux performé que les couples sociaux. Est-ce qu’une différence de motivation pourrait être à l’origine de ces résultats ? De futures études seront nécessaires pour nous éclairer. Malgré les questions en suspens, nos résultats contribuent à enrichir nos connaissances sur les capacités cognitives individuelles, la résolution de problème ainsi que la coopération. / Problem solving is often used as a tool for measuring individual cognitive abilities in non-human animals, since it enables us to study their operant learning and innovation capacities. Cognitive capacities differ between species and individuals, enabling them to maximize their abilities. For example, in birds and mammals, species with larger relative brains are said to have better social learning and innovation capacities, enabling them to adapt better to new environments. Despite the widespread use of zebra finches in behavioral ecology research, the impact of sex on problem-solving performance and the repeatability of performance have often been overlooked and, to our knowledge, no studies have investigated their performance in cooperative problem-solving contexts. In our study, we decided to address these different aspects to improve our understanding of cognitive abilities and cooperation in this model species. We tested male and female zebra finches in three individual problem-solving tests (string test, bar test and lid test) and one cooperative problem-solving test. For the latter, we separated the individuals into two groups: social pairs and experimental pairs, to manipulate the social bond between individuals. Social pairs were made up of a male and a female who had cohabited for 7 days, while experimental pairs were made up of a male and a female who had never met before. While we expected sex to have no impact on solving performance, our results revealed that, on average, males were faster at solving individual problem-solving tests. These results were mainly attributable to their performance on the second individual problem-solving test (bar test). We believe that this difference could be attributable to a higher level of persistence in males and/or the impact of sexual selection on cognitive performance, and that these aspects should be explored in future studies. Secondly, in line with our expectations, our results confirmed the contextual repeatability hypothesis, according to which solving performance is consistent across trials requiring the same cognitive process. Finally, we expected social pairs to perform better than experimental pairs on the cooperative problem-solving test, since we expected them to be more capable of synchronisation and behavioral coordination. . However, we found results suggesting the opposite, and the performance of the pairs on the cooperative problem-solving task was mainly explained by the ability of each partner to solve a problem. Questions remain as to why the experimental pairs performed better than the social pairs. Could a difference in motivation be behind these results? Future studies are needed to shed light on this. Despite the outstanding questions, we believe that our results contribute to our knowledge of individual cognitive abilities, problem solving and cooperation.

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden neuartige integrierte Einzelphotonenquellen (EPQ) und ihre Anwendung für die Quanteninformationsverarbeitung entwickelt und untersucht. Die Erzeugung von Einzelphotonen basiert auf einzelnen Defektzentren in nanometergroßen Diamantkristallen mit einzigartigen optischen Eigenschaften: Stabilität bei Zimmertemperatur ohne optisches Blinken. Diamantkristalle mit Größen bis unter 20nm wurden mit neuartigen „pick-and-place“ Techniken (z.B. mit einem Atomkraftmikroskop) in komplexe photonische Strukturen integriert. Zwei unterschiedliche Ansätze für die Realisierung der neuartigen EPQ wurden verfolgt. Beim ersten werden fluoreszierende Diamantkristalle in nano- und mikrometergroße Faser-basierte oder resonante Strukturen in einem „bottom-up“ Ansatz integriert, dadurch werden zusätzliche optische Komponenten überflüssig und das Gesamtsystem ultra-stabil und wartungsfrei. Der zweite Ansatz beruht auf einem Festkörperimmersionsmikroskop (FIM). Seine Festkörperimmersionslinse wirkt wie eine dielektrische Antenne für die Emission der Defektzentren. Es ermöglicht die höchsten bisher erreichten Photonenzählraten von Stickstoff-Fehlstellen von bis zu 2.4Mcts/s und Einsammeleffizienzen von bis zu 4.2%. Durch Anwendung des FIM bei cryogenen Temperaturen wurden neuartige Anwendungen und fundamentale Untersuchungen möglich, weil Photonenraten signifikant erhöht wurden. Die Bestimmung der spektralen Diffusionszeit eines einzelnen Defektzentrums (2.2µs) gab neue Erkenntnisse über die Ursachen von spektraler Diffusion. Spektrale Diffusion ist eine limitierende Eigenschaft für die Realisierung von Quanteninformationsanwendungen. Das Tisch-basierte FIM wurde außerdem als kompakte mobile EPQ mit Ausmaßen von nur 7x19x23cm^3 realisiert. Es wurde für ein Quantenkryptographie-Experiment implementiert, zum ersten Mal mit Siliziumdefektzentren. Des Weiteren wurde ein neues Konzept für die Erzeugung von infraroten EPQ entwickelt und realisiert. / The presented thesis covers the development and investigation of novel integrated single photon (SP) sources and their application for quantum information schemes. SP generation was based on single defect centers in diamond nanocrystals. Such defect centers offer unique optical properties as they are room temperature stable, non-blinking, and do not photo-bleach over time. The fluorescent nanocrystals are mechanically stable, their size down to 20nm enabled the development of novel nano-manipulation pick-and-place techniques, e.g., with an atomic force microscope, for integration into photonic structures. Two different approaches were pursued to realize novel SP sources. First, fluorescent diamond nanocrystals were integrated into nano- and micrometer scaled fiber devices and resonators, making them ultra-stable and maintenance free. Secondly, a solid immersion microscope (SIM) was developed. Its solid immersion lens acts as a dielectric antenna for the emission of defect centers, enabling the highest photon rates of up to 2.4Mcts/s and collection efficiencies of up to 4.2% from nitrogen vacancy defect centers achieved to date. Implementation of the SIM at cryogenic temperatures enabled novel applications and fundamental investigations due to increased photon rates. The determination of the spectral diffusion time of a single nitrogen vacancy defect center (2.2µs) gave new insights about the mechanisms causing spectral diffusion. Spectral diffusion is a limiting property for quantum information applications. The table-top SIM was integrated into a compact mobile SP system with dimension of only 7x19x23cm^3 while still maintaining record-high stable SP rates. This makes it interesting for various SP applications. First, a quantum key distribution scheme based on the BB84 protocol was implemented, for the first time also with silicon vacancy defect centers. Secondly, a conceptually novel scheme for the generation of infrared SPs was introduced and realized.

L’utilisation des semi-conducteurs à large bande interdite (wide bandgap ou WBG) tels que le carbure de silicium SiC, le nitrure de gallium GaN, le diamant, etc… s’est répandue dans le domaine de l’électronique de puissance ces dernières décennies. Leurs caractéristiques électroniques et mécaniques font des WBGs des solutions alternatives pour remplacer le traditionnel silicium. Cependant, des études supplémentaires sont indispensables pour améliorer la tenue en tension, les pertes statiques et dynamiques et les performances en fonctionnement à haute température des composants WBGs. Dans ce cadre, deux bancs expérimentaux OBIC (Optical Beam Induced Current) spécifiques « en cours de développement » sont mis en place pendant cette thèse. L’OBIC consiste à éclairer avec un faisceau laser de longueur d’onde appropriée une jonction polarisée en inverse, des porteurs de charge sont alors créés par absorption photonique. On peut alors mesurer un courant induit par faisceau optique (OBIC) lorsque les porteurs sont générés dans la zone de charge d’espace. Après une première phase de préparation et d’adaptation de l’environnement expérimental, des essais ont mené à la démonstration du principe de génération multi-photonique en éclairant une jonction SiC avec un faisceau vert (532 nm). L’analyse des différentes mesures OBIC nous a permis de construire une image du champ électrique à la surface de la diode : une analyse non destructive pour étudier l’efficacité des protections périphériques des jonctions et pour détecter les défauts dans la structure cristalline. Egalement, la durée de vie des porteurs minoritaires a été déduite par l’analyse de la décroissance du courant OBIC au bord de la jonction. Les coefficients d’ionisation sont également déterminés par la méthode OBIC, ces coefficients sont des paramètres clés pour la prévision de la tension de claquage des composants. Nous avons réalisé des mesures OBIC dans le GaN, et nous avons observé un effet d’absorption bi-photonique dans le diamant avec un faisceau UV (349 nm). / In the last few decades, the use of wide bandgap (WBG) semiconductors (silicon carbide SiC, gallium nitride GaN, diamond, etc…) has become popular in the domain of power electronics. Their electronic and mechanical characteristics made of the WBGs a good alternative to the traditional silicon. However, additional studies are mandatory to improve the breakdown voltage, static and dynamic losses, and the performance at high temperature of the WBG devices. In this context, two specific experimental benches OBIC (Optical Beam Induced Current) -under development- are set up during this thesis. OBIC method consists to generate free charge carriers in a reverse biased junction by illuminating the device with an appropriate wavelength. An OBIC signal is measured if the charge carriers are generated in the space charge region. After a first phase of preparation and adaptation of the experimental environment, OBIC measurements led to demonstrate the multi-photonic generation by illuminating a SiC junction with a green laser (532 nm). OBIC measurements allowed giving an image of the electric field at the surface of the diode: OBIC presents a non-destructive analysis to study the efficiency of the peripheral protection and to detect the defects in the semi-conductor. Minority carrier lifetime was also deduced by studying the OBIC decrease at the edge of the space charge region. Ionization rates were extracted using OBIC method; these coefficients are key parameters to predict the breakdown voltage of the devices. OBIC measurements were also realized on the GaN, and two-photon generation was highlighted by measuring an OBIC current in the diamond when illuminating it with a UV laser beam (349 nm).

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