Cette thèse concerne la géométrie asymptotique de variétés riemanniennes complètes non compactes, dont la courbure tend vers zéro à l'infini, assez vite. Afin de compléter des travaux déjà existants, on s'attache à comprendre le cas où la croissance du volume est non maximale, c'est-à-dire strictement moins rapide que dans l'espace euclidien de même dimension. Dans ce contexte, on prouve tout d'abord une inégalité de Sobolev à poids et une inégalité de Hardy, qui permettent de généraliser nombre de résultats établis quand la croissance du volume est maximale. On obtient en particulier des résultats de rigidité et de finitude de la topologie pour des variétés Ricci plates et asymptotiquement plates. On obtient ensuite un résultat de structure asymptotique pour une classe d'instantons gravitationnels : typiquement, ceux qui ont une croissance du volume cubique sont asymptotes à des fibrations en cercles au-dessus d'une variété asymptotiquement localement euclidienne .

Ever since the publication of Shannon's seminal work in 1948, the search for capacity achieving codes has led to many interesting discoveries in channel coding theory. Low-density parity-check (LDPC) codes originally proposed in 1963 were largely forgotten and rediscovered recently. The significance of LDPC codes lies in their capacity approaching performance even when decoded using low complexity sub-optimal decoding algorithms. Iterative decoders are one such class of decoders that work on a graphical representation of a code known as the Tanner graph. Their properties have been well understood in the asymptotic limit of the code length going to infinity. However, the behavior of various decoders for a given finite length code remains largely unknown.An understanding of the failures of the decoders is vital for the error floor analysis of a given code. Broadly speaking, error floor is the abrupt degradation in the frame error rate (FER) performance of a code in the high signal-to-noise ratio domain. Since the error floor phenomenon manifests in the regions not reachable by Monte-Carlo simulations, analytical methods are necessary for characterizing the decoding failures. In this work, we consider hard decision decoders for transmission over the binary symmetric channel (BSC).For column-weight-three codes, we provide tight upper and lower bounds on the guaranteed error correction capability of a code under the Gallager A algorithm by studying combinatorial objects known as trapping sets. For higher column weight codes, we establish bounds on the minimum number of variable nodes that achieve certain expansion as a function of the girth of the underlying Tanner graph, thereby obtaining lower bounds on the guaranteed error correction capability. We explore the relationship between a class of graphs known as cage graphs and trapping sets to establish upper bounds on the error correction capability.We also propose an algorithm to identify the most probable noise configurations, also known as instantons, that lead to error floor for linear programming (LP) decoding over the BSC. With the insight gained from the above analysis techniques, we propose novel code construction techniques that result in codes with superior error floor performance.

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Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1999. / Vita. Includes bibliographical references (p. 67-69).

京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(理学) / 乙第12910号 / 論理博第1546号 / 新制||理||1590(附属図書館) / 32120 / ソウル大学大学院数学科 / (主査)教授 中島 啓, 教授 小野 薫, 教授 向井 茂 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

Les théories de supercordes sont à l'heure actuelle le seul candidat à l'unification quantique des interactions de jauge et de la gravité. Ces théories n'etaient jusqu'à récemment définies que dans le régime de {\it faible couplage} par leur série de perturbation. La découverte récente des symétries de dualité, prolongeant la dualité électrique-magnétique des équations de Maxwell, permet maintenant d'identifier ces théories perturbatives comme {\it différentes approximations} d'une théorie fondamentale, la {\it M-théorie}. Les symétries de dualités donnent accès aux effets {\it non perturbatifs} d'une théorie des cordes donnée à partir de calculs {\it perturbatifs} dans une théorie duale. Le premier chapitre de ce mémoire fournit une introduction non technique à ces développements. Le second introduit les dualités non perturbatives observées en théories de jauge et de supergravité, le spectre BPS non-perturbatif dans ces théories, et présente une nouvelle dualité reliant les branches de Higgs de certaines théories de jauge supersymétriques $N=2$. Dans le troisième chapitre, nous introduisons brièvement les théories des cordes perturbatives et vérifions explicitement les conjectures de dualités dans les théories des cordes de supersymétrie $N=4$ à quatre dimensions. Gr{â}ce aux dualités, nous obtenons des résultats {\it exacts} non perturbativement pour certains couplages dans l'action effective de basse énergie, et interprétons dans le chapitre 4 les effets non perturbatifs ainsi obtenus en termes de {\it configurations instantoniques de $p$-branes} enroulées sur les cycles supersymétriques de la variété de compactification. Enfin, nous discutons une proposition récente de définition {\it a priori} de la M-théorie en termes de théories de jauge supersymétriques $U(N)$ à grand $N$, l'étendons à des compactifications toro{\"\i}{}dales en présence de champs de fond constants, et interprétons le spectre d'états BPS en termes d'excitations de la théorie de jauge. Les publications originales décrivant ces travaux sont reproduites en appendice.

Les travaux présentés dans cette thèse s’inscrivent dans le cadre général de la description de l’effet tunnel dans la limite semi classique h → 0. Nous présentons une nouvelle méthode de calcul direct de la largeur des doublets tunnel. L’expression obtenue est basée sur l’utilisation de traces d’opérateurs quantiques, dont l’opérateur d’évolution Û (T)prolongé analytiquement à l’aide d’un temps complexe T. L’étape suivante consiste en un développement semi classique de ces traces. Nous nous plaçons dans le cadre des systèmes intégrables unidimensionnels afin d’insister sur l’importance d’un temps complexe et on montre que le choix d’un chemin du temps [t] adapté, lors du calcul semi classique des traces, fournit un critère de sélection efficace des trajectoires complexes dominantes. Nous verrons que cette approche retrouve la technique des instantons dans la limite d’un temps purement imaginaire et qu’elle permet d’inclure les descriptions, inaccessibles par une rotation de Wick complète, de l’effet tunnel dynamique et résonant. Nous montrons également comment adapter cette méthode au taux de transmission tunnel d’un état localisé dans un minimum local vers un continuum d’états. Enfin, nous proposerons, en guise de perspectives,d’étudier l’effet tunnel résonant à partir de modèles intégrables présentant des îlots stables entourés de chaînes de tores pour lesquels nous tenterons d’adapter la théorie de l’effet tunnel assisté par les résonances. / The present work is developed within the general framework of the description of the tunneling effect in the semiclassical limit h → 0. We introduce a new method for the direct computation of the tunneling splittings. We get a trace formula involving the evolution operator continued in the complex plane using a complex time T. The next step is to obtain semi classical expansion of these traces. Within the framework of one dimensionnalintegrable systems, we show the key role of a complex time. When performing semiclassical calculations, an appropriate complex-time paths provide an efficient criterion in order toselect the dominant complex trajectories involved in the traces. We will show that our approach includes instanton techniques in the limit of a purely imaginary time and describes dynamical tunneling and resonant tunneling for which a complete Wick is not sufficient.We will show also how our method works for the decay rates. Finally, as a perspective,we will study resonant tunneling from integrable models which exhibit prominent islands surrounded by chains of tori. From these models, we will try to apply the theory of resonant assisted tunneling to integrable systems.

Les systèmes vitreux sujets à une diminution de la température présentent une dynamique très lente, et à une valeur suffisamment faible de celle-ci se trouvent dans un état désordonné dit "gelé". Cette thèse traite du cas des verres structuraux, comme les liquides surfondus, et du cas des verres de spins.Dans les deux cas, les scénarios physiques issus des théories de champ moyen sont connus et pourraient être sensibles à l'introduction des fluctuations présentes dans les systèmes de dimension finie. L'étude de leur effet dans les systèmes vitreux étant difficile, nous avons étudié des modèles simples reliés au problème de la transition vitreuse dans lesquels l'effet des fluctuations peut être analysé en détail.Concernant les verres structuraux, nous étudions tout d'abord le retour à la convexité de l’énergie libre d'un système unidimensionnel où les fluctuations sont contraintes par la taille finie du système. Ensuite, nous étudions le rôle des fluctuations de "courte" et de "longue" portée dans un système vitreux appelé ``modèle de plaquette'' en comparant les propriétés thermodynamiques du système connues sur réseaux Euclidiens à celles que nous avons obtenues sur un réseau "en arbre". Enfin, nous étudions l'existence de fluctuations spatio-temporelles au sein d'un modèle de systèmes à dynamique activée couplés via un bain thermal à faible température.Concernant les verres de spins, nous construisons une approche du groupe de renormalisation non-perturbatif afin de décrire l'effet des fluctuations critiques sur les propriétés critiques du verre de spin d'Ising en champ nul en dimensions inférieures à six. / When the temperature diminishes, glassy systems present a very sluggish dynamics and at low enough temperature can finish in some arrested disordered state. This thesis deals about the case of structural glasses, to which category supercooled liquids belong to, and spin glasses.In these two cases the physical scenarios issued from the mean-field theories are known and could be fragile to the introduction of fluctuations that are present in finite-dimensional systems. Since the study of the effect of fluctuations in glassy systems is a daunting task, the aim of this thesis is to study simple related problems in which the effect of fluctuations can be thoroughly investigated.For the structural-glass case, we study first the return to convexity of the free energy of a uni-dimensional finite-size system where fluctuations are restricted by the finite size of the system. Then, we study the role of "short"- and "long"-range fluctuations in a glass-former model called ``plaquette model'' in comparing the thermodynamic properties of the system which are known on Euclidean lattices with the ones we obtained on a "tree" lattice. Finally, we study the existence of space-time fluctuations in a model made of activated-dynamics systems coupled via a thermal bath at low temperature.For the spin-glass case, we construct a scheme for the nonperturbative renormalization group to describe the effect of critical fluctuations on the critical properties of the Ising spin glass in zero field in dimensions lower than six.

Une étude analytique et numérique de vortex métastables couplés gravitationnelle- ment et formés dans un modèle abélien de Higgs modifié est menée. Les concepts de désintégration du faux vide et de solitons topologiques sont revus. Le modèle à l’étude est comparé à d’autres modèles dans lesquels sont aussi formés des vortex. Les solutions classiques correspondant au vortex sont trouvées numériquement. Leur sensibilité au couplage gravitationnel est mise en évidence. Les zones de stabilité dans l’espace des paramètres sont également définies. Un profil dit thin-wall du vortex survient dans la limite d’un grand champ magnétique dans le coeur du vortex. La désintégration du vortex, possible en raison du vrai vide à l’intérieur de celui-ci, est dans ce cas analysée analyti- quement. Dans cette limite, l’exposant lié au taux de désintégration du vortex vaut la moitié de celui associé à la désintégration du faux vide sans vortex. Ce résultat tient peu importe la force du couplage gravitationnel. Ainsi, même une faible densité de vortex pouvant induire la désintégration du faux vide accélère grandement le processus de transition de phase et détermine le temps de vie du faux vide. Quelques commentaires concernant la limite faible gravité de l’action en théorie des champs sont ajoutés pour compléter l’étude. / Metastable vortices formed in a modified abelian Higgs model with gravity are studied both analytically and numerically. Concepts of false vacuum decay and topological solitons are reviewed. The model studied is compared to other models in which vortices are also formed. Classical solutions corresponding to a vortex are found numerically. Their sensitivity to gravitational coupling is highlighted. Zones of stability in parameter space are shown. A so-called “thin-wall” limit of the vortex is obtained for high magnetic flux whithin the vortex’s core. In that case, vortex disintegration, possible because of the true vacuum present inside the vortex, can be studied analytically. In this limit, the exponent associated to vortex tunneling decay rate is half the one associated with ordinary false vacuum decay. This results holds regardless of the gravitational coupling strength. Then, even a small density of vortices accelerates importantly the phase transition from false to true vacuum and determine the false vacuum lifetime. Comments on weak gravity limit of the action in field theory are made to complete this study.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第20168号 / 理博第4253号 / 新制||理||1611(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 福間 將文, 教授 川合 光, 教授 畑 浩之 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM