Ce travail a pour objet d'évaluer l'apport de la physique quantique à la compréhension du phénomène de la conscience. Les modèles « classiques » de la conscience proposés actuellement laissent en suspens deux questions importantes: (a) l'explication de la synchronisation de régions éloignées du cerveau qui semble nécessaire à la construction de percepts conscients ; (b) la question du fossé explicatif qui existe entre l'expérience subjective, relevant de ce que le sujet est capable de ressentir de façon privée, et la description de ses corrélats neurophysiologiques dans le langage de la science, à la troisième personne. Les approches quantiques de la conscience sont systématiquement exposées et critiquées. Le « modèle dissipatif du cerveau »proposé par Vitiello et Freeman semble corroborer les données expérimentales et pourrait ainsi contribuer à résoudre cette dernière question (a). Ce modèle utilise une propriété fondamentale de la théorie quantique des champs selon laquelle la brisure spontanée de symétrie au sein d'un système physique donne lieu à l'émergence d'une dynamique collective pour ce système. Les modèles, relavant de la conception du monismeneutre, qui ont développés par Bohm et Hiley, et, plus récemment, par Atmanspacher et Primas, utilisent la théorie quantique pour son pouvoir expressif (concepts de complémentarité et d'intrication) et non comme une théorie de la seule matière pour bâtir une représentation unificatrice du phénomène de la conscience. Ils permettent de dissoudre la question (b) du fossé explicatif. Nous proposons enfin de prolonger et d'appliquer,plus généralement, ce mode de représentation au domaine psychosomatique. / This work aims to assess the contribution of quantum physics to the understanding of the phenomenon ofconsciousness. The "classical" models of consciousness cannat deal with two important questions: (a) thesynchronisation of distant parts of the brain which seems necessary to the construction of conscious percepts;(b) the question of the explanatory gap that exists between subjective experience, which is a private feeling, andthe description of its neurophysiological correlates in the language of science, at the third persan. The quantumalternatives of current models of consciousness are systematically exposed. Vitiello's and Freeman's "dissipativemadel of the brain" seem to corroborate experimental data and could thus contribute to solve question (a). Thismadel appeals to a fundamental property of quantum field theory according to which a spontaneous symmetrybreaking in a physical system (as it happens, the breaking of the rotational symmetry of dipolar molecules of thebrain) gives rise to a collective dynamics for this system. The models, relevant to the neutra! monism conception,that have been developed by Bohm and Hiley and, more recently, by Atmanspacher and by Primas use quantumtheory for its expressive power (concepts of complementarity and entanglement) to build a unifyingrepresentation of the phenomenon of consciousness. They lead to the dissolution of the question (b) of theexplanatory gap. ln the end, we suggest to extend this mode of representation and to apply it, more generally, tothe psychosomatic domain.

L'isolement du graphène a suscité un grand intérêt vers la recherche d’applications potentielles de ce matériau unique et d'autres matériaux bidimensionnels (2D) pour l'électronique, l'optoélectronique, la spintronique et de nombreux autres domaines. Par rapport au graphène, les dichalcogenides de métaux de transition (TMD) 2D offrent l'avantage d'être des semi-conducteurs, ce qui permettrait de les utiliser pour des circuits logiques. Au cours des dix dernières années, de nombreux développements ont déjà été réalisés dans ce domaine où les opportunités et les défis coexistent. Cette thèse présente les résultats de simulations de transport quantique d’une nouvelle structure de dispositif logique à très faible consommation à base de matériaux bidimensionnels : le transistor à effet tunnel à base d’hétérostructures verticales de TMDs 2D. A cause de leur petite taille, ces dispositifs sont intrinsèquement dominés par des effets quantiques. Par conséquent, l’adoption d’une théorie générale du transport s’impose. Le choix se porte ici sur la méthode des fonctions de Green hors équilibre (NEGF), une approche largement utilisée pour la simulation du transport électronique dans les nanostructures. Dans la première partie de cette thèse, les matériaux 2D, leur synthèse et leurs applications sont brièvement introduits. Ensuite, le formalisme NEGF est illustré. Cette méthode est ensuite utilisée pour la simulation de deux structures de transistor à effet tunnel vertical basées sur l’hétérojonction van der Waals de Mos2 et WTe2. La description du système se base sur un modèle de masse effective calibré avec des résultats ab-initio (afin de reproduire la structure de bandes dans l’intervalle d’énergie intéressé par les simulations de transport) et aux mesures expérimentales de mobilité (pour le couplage électron-phonon). Les résultats non seulement démontrent la possibilité d’obtenir une forte pente sous seuil avec ce type de transistors, mais présentent une étude de la physique qui en détermine les performances en fonction de leur géométrie et de l’interaction entre électrons et phonons. Dans la dernière partie, les effets du malignement rotationnel entre les deux couches 2D sont investigués. Expérimentalement, ce type de désordre est difficile à éviter et peut considérablement affecter les performances du transistor. Par le moyen de simulations quantiques précises et d’analyses physiques, cette thèse montre les défis à relever dans la conception des transistors à effet tunnel à base de matériaux 2D performants. / The successful isolation of graphene in 2004 has attracted great interest to search for potential applications of this unique material and other newborn members of the two-dimensional (2D) family in electronics, optoelectronics, spintronics and other fields. Compared to graphene, the 2D transition metal dichalcogenides (TMDs) have the advantage of being semiconductors, which would allow their use for logic devices. In the past ten years, significant developments have been made in this area, where opportunities and challenges co-exist.This thesis presents the results of quantum transport simulations of novel 2D-material-based tunnel field-effect transistors for ultra-low-power digital applications. Due to their size, such devices are intrinsically dominated by quantum effects. This requires the adoption of a fairly general theory of transport, such as the nonequilibrium Green's functions (NEGF) formalism, which is a method extensively used for the simulation of electron transport in nanostructures.In the first part of this thesis, a brief introduction about the 2D materials, their synthesis and applications is presented. Then, the NEGF formalism is concisely reviewed. This approach is applied to the simulation of two different models of vertical tunnel field-effect transistors based on 2D-TMD van der Waal heterojunctions (MoS2 and WTe2). To properly describe the system, a coupled effective mass Hamiltonian has been implemented and carefully calibrated to experimental measurements and density functional theory to reproduce the band structure in the energy range of interest for the simulations.This thesis not only demonstrates the ultra-steep subthreshold slope potentially expected for these devices, but also provides a physical insight into the impact of the transistor geometry on its performances. In the last and more exploratory part of the manuscript, the effect of rotational misalignment within the two layers of the heterostructure is investigated. Experimentally, such a disorder is difficult to avoid, and it can substantially affect the device performances.Through accurate quantum simulations and deep physical analysis, this study sheds light on the design challenges to be addressed for the development of efficient tunnel field-effect transistors based on 2D materials.

La supraconductivité par effet de proximité est un phénomène apparaissant à basse températures qui confère des propriétés supraconductrices à un métal normal cohérent de phase connecté à des électrodes supraconductrices. C'est aussi un outil puissant de la physique mésoscopique, car il est sensible aux différents régimes de transport à basse température. En particulier, nous avons utilisé cet effet afin de révéler les propriétés électroniques spéciales de nanofils de Bi monocrystallins. Dans ce système, le transport est dominé par la surface. De plus, la présence de fort couplage spin-orbite dans le Bi à basse dimension influence profondément sa structure de bande : la bicouche de Bi orienté selon la direction (111) a été prédite d'être isolante dans le volume, mais conductrice sur les bords. Cet effet, appelé l'effet Hall quantique de spin donne lieu a deux états chiraux contra-propageants, qui sont insensibles au désordre tant que la symétrie par renversement du temps est préservée.A travers l'observation de la robustesse du courant critique à fort champ magnétique dans plusieurs échantillons, en même temps que des intérférences de type SQUID à bas champ magnétique, nous avons montré l'existence d'états de bord 1D portant le supercourant. La mesure de la relation courant-phase grâce à la technique de SQUID asymétrique sur un nanofil caractérisé auparavant a été réalisée et démontre que ces canaux sont en fait balistiques. Ces résultats sont compatibles avec des simulations de type liaisons fortes, qui étendent les résultats connus pour la bicouche de Bi (111) aux systèmes de type nanofil. L'ajout d'un champ Zeeman dans le plan permet d'observer des transitions 0-π, révélant ainsi des croisements de niveaux induits par la séparation en spin des états d'Andreev. Enfin, des mesures de la susceptibilité dynamique de ce système via des mesures de spectroscopie micro-onde ont été mises en place, et pourraient démontrer de manière univoque la propriété de protection topologique contre le désordre, d'après nos simulations numériques. / The superconducting proximity effect is a phenomenon occurring at low temperatures that conveys superconducting properties to a phase coherent normal metal sample connected to superconducting electrodes. It is also a powerful tool in mesoscopic physics because it is sensitive to different transport regimes at low temperatures. In particular, we have used this effect to reveal the special electronic transport properties of single crystal Bi nanowires. In this system, the transport is dominated by surface states. Moreover, the presence of strong spin-orbit coupling in Bi at low dimensions deeply influences its electronic structure : it was predicted that (111) oriented Bi bilayer are insulating in the bulk, but conducting along the edges. This so called Quantum Spin Hall Effect (QSHE), gives rise to counterpropagating chiral edge states, that are protected against disorder as long as time reversal symmetry is present.Through the observation of the resilience of the critical current in several samples at high magnetic field, along with SQUID-like interference pattern at low magnetic field, we showed the existence of supercurrent carrying 1D edge states. The measurement of the current-phase relation using the asymetric SQUID technique on a previously characterized nanowire was realized and further demonstrates that these edge states are ballistic. These findings are consistent with tight-binding simulations that extend the known results for (111) Bi bilayer to nanowire-like system. The addition of an in-plane Zeeman field allows one to observe 0-π transitions, thereby revealing spin-splitting induced Andreev level crossings. Finally, microwave spectroscopy measurement of the dynamical susceptibility in this system are initiated, that could reliably demonstrate the property of protection against disorder according to numerical simulations.By exploring Bi at low dimensions, this thesis paves the way towards the exploration of electronic states fully protected from disorder.

Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés à une catégorie spécifique d'états quantiques de la lumière : les états non-gaussiens. Ces états ont la particularité de présenter des fonctions de Wigner à valeurs négatives. Cette propriété est indispensable pour réaliser des opérations de calcul quantique mais trouve aussi des applications variées en communication quantique ou métrologie par exemple. Différentes stratégies peuvent être utilisées pour générer de tels états. Ici, les ressources initiales sont des états dit gaussiens produits par des oscillateurs paramétriques optiques en régime continu (i.e. vide comprimé bi-mode et mono-mode). Le caractère non-gaussien ne peut être obtenu que par des phénomènes non-linéaires (hamiltonien sur-quadratique). Dans notre cas, la non-linéarité est induite par des mesures basées sur le comptage de photon (aussi appelées mesures non-gaussiennes). Cette étude est principalement divisée en deux parties. Tout d'abord, la génération d'états non-classiques correspondants à deux types d'encodages de qubits : le photon unique, utilisé en information quantique dite à variables discrètes, et la superposition d'états cohérents (chat de Schrödinger optique), utilisée en information quantique dite à variables continues. Ces états ont ensuite été utilisés pour mettre en \oe{}uvre deux protocoles d'information quantique. Le premier porte sur un témoin d'intrication en photon unique, l'autre sur la génération d'intrication entre deux types d'encodages (aussi appelée intrication hybride).

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans la course à l’ordinateur quantique, le silicium est devenu ces dernières années un matériau de choix pour l'implémentation des qubits de spin. De tels dispositifs sont fabriqués au CEA en utilisant les technologies CMOS, afin de faciliter leur intégration à grande échelle. Cette thèse porte sur la modélisation de ces qubits, et en particulier sur la manipulation de l’état de spin par un champ électrique. Pour cela nous utilisons un ensemble de techniques numériques avancées pour calculer le potentiel et la structure électronique des qubits (notamment les méthodes de liaisons fortes et k.p), afin d’être le plus proche possible des dispositifs expérimentaux. Ces simulations nous ont permis d’étudier deux résultats expérimentaux d’importance : l’observation de la manipulation par champ électrique du spin d’un électron d’une part, et la caractérisation de l’anisotropie de la fréquence de Rabi d’un qubit de trou d’autre part. Le premier résultat était plutôt inattendu, étant donné; le très faible couplage spin-orbite dans la bande de conduction du silicium. Nous développons un modèle, validé par les simulations et certains résultats expérimentaux, qui met en évidence le rôle essentiel du couplage spin-orbite inter-vallée, exacerbé par la faible symétrie du système. Nous utilisons ces résultats pour proposer et tester numériquement un schéma de manipulation électrique consistant à passer réversiblement d’un qubit de spin à un qubit de vallée. Concernant les qubits de trous, le couplage spin-orbite relativement élevé autorise la manipulation du spin par champ électrique, toutefois les mesures expérimentales d’anisotropie donnent à voir une physique complexe, insuffisamment bien décrite par les modèles actuels. Nous développons donc un formalisme permettant de caractériser simplement la fréquence de Rabi en fonction du champ magnétique, et qui peut s’appliquer à d’autre type de qubit spin-orbite. Les simulations permettent de reproduire les résultats expérimentaux, et de souligner le rôle important de la contrainte. / In the race for quantum computing, these last years silicon has become a material of choice for the implementation of spin qubits. Such devices are fabricated in CEA using CMOS technologies, in order to facilitate their large-scale integration. This thesis covers the modeling of these qubits andin particular the manipulation of the spin state with an electric field. To that end, we use a set numerical tools to compute the potential and electronic structure in the qubits (in particular tightbinding and k.p methods), in order to be as close as possible to the experimental devices. These simulations allowed us to study two important experimental results: on one hand the observation of the electrical manipulation of an electron spin, and on the other hand the characterization of the anisotropy of the Rabi frequency of a hole spin qubit. The first one was rather unexpected, since the spin-orbit coupling is very low in the silicon conduction band. We develop a model, confirmed by thesimulations and some experimental results, that highlights the essential role of the intervalley spinorbit coupling, enhanced by the low symmetry of the system. We use these results to propose and test numerically a scheme for electrical manipulation which consists in switching reversibly betweena spin qubit and a valley qubit. Concerning the hole qubits, the relatively large spin-orbit coupling allows for electrical spin manipulation. However the experimental measurements of Rabi frequency anisotropy show a complex physics, insufficiently described by the usual models. Therefore we developa formalism which allows to characterize simply the Rabi frequency as a function of the magnetic field, and that can be applied to other types of spin-orbit qubits. The simulations reproduce the experimental features, underline the important role of strain.

Une mesure adaptative vise à optimiser l'acquisition d'information sur un système à l'aide d'une boucle de rétroaction sur l'appareil de mesure. Dans notre dispositif d'électrodynamique en cavité, nous avons réalisé une mesure adaptative sur un système quantique, le champ micro-onde piégé dans une cavité supraconductrice de très grande finesse. Des atomes de Rydberg circulaires, interagissant dispersivement avec le champ, réalisent une série de mesures dites "faibles", aboutissant à la mesure quantique non destructive du nombre de photons dans le mode. La prise en compte des résultats des mesures successives, de l'action en retour sur le système, et de l'ensemble des imperfections expérimentales, permet à un ordinateur de contrôle d'effectuer une estimation en temps réel de l'état du champ. La phase de l'interféromètre de Ramsey qui définit la mesure réalisée sur les atomes est alors optimisée afin d'extraire un maximum d'information des détections ultérieures. Nous montrons que préparation d'états de Fock est nettement accélérée avec la méthode adaptative, par rapport à un protocole passif utilisant une alternance prédéfinie des phases de mesure. Cette réduction du temps de mesure est d'un grand intérêt en présence de décohérence, et pourrait par exemple être exploitée dans des protocoles de rétroaction quantique existants, où la rapidité de l'estimation d'état est cruciale.

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'émission paramétrique produite par des microcavités de semiconducteurs sous excitation résonnante. Ces systèmes, formés par des puits quantiques insérés au milieu d'une cavité optique de taille micrométrique, montrent des effets non-linéaires optiques. La lumière paramétrique ainsi générée a des propriétés extrêmement intéressantes, que nous avons étudié dans les microcavités unidimensionnelles, ou fils photonique, et dans les microcavités multiples. L'utilisation de ces échantillons structurés permet d'obtenir des faisceaux paramétriques équilibrés en intensité et sous incidence normale du faisceau de pompe, caractéristiques très attractifs pour des possibles applications futures. La production de deux faisceaux paramétriques, signal et complémentaire, observée sur les fils photoniques nous a poussé à étudier les corrélations entre ces deux faisceaux. A l'aide d'un interféromètre de type Hanbury Brown et Twiss nous avons réalisé des mesures de fonction de corrélation du second ordre. La statistique des photons de chacun des deux faisceaux et leurs corrélations mutuelles ont été étudiées. L'étude de l'émission paramétrique en régime OPO sur des microcavités planaires multiples a mis en évidence une brisure de symétrie et la formation de motifs issus des non-linéarités propres de notre système. Nous avons aussi mis en évidence la possibilité de contrôler de façon toute optique ces motifs, à la fois à l'aide de la polarisation linéaire du faisceau de pompe et à l'aide d'un deuxième faisceau, dit sonde. Avec cette étude nous sommes à même de marquer une analogie fondamentale entre les OPO de microcavité et les OPO de taille macroscopique.

Cette étude entend sonder la potentialité spéculative d'une philosophie éminemment kojèvienne qui naisse à partir de la relation entre le Désir et la Loi. Le privilège herméneutique accordé à ce plexus pour une enquête monographique de l'œuvre de Kojève vient de l'intuition d'une unité fondamentale dans sa pensée. Il s'agit de débuter une recherche sur la relation analysée à la lumière de la nouvelle ontologie que Kojève essaie de penser. Nous savons que Kojève est passé à l'histoire en tant que « interprète » de Hegel, en tant que doctor subtilis des légendaires Séminaires sur la Phénomélogie de l'Esprit. L'introduction à la lecture de Hegel a été le Livre-Evénement qui a affecté le Paris intellectuel des années Trente du XXème siècle et ses protagonistes de prestige ; mais fut uniquement la pointe de l'iceberg de la production scientifique de notre auteur. La reconstruction de I'opera omnia de Kojève, par conséquent, a été la base à partir de laquelle est devenue possible ce travail. À partir des écrits de la jeunesse émerge la matrice scientifique et, au même temps, spéculative de la réflexion kojèvienne : je fais référence au Journal d'un philosophe (1920-1923) et à l'idée du déterminisme dans la physique classique et dans la physique moderne (1932). La question, formulée en partie déjà de Kojève, est la suivante : c'est possible associer à la révolution quantique en physique la révolution psychanalytique en considérant que la détermination relative de la réalité physique implique et suppose l'existence de l'inconscient psychique ? Les observations préliminaires sur la science ont été fonctionnelles à donner une réponse affirmative à cette question et à présenter la généalogie de la thèse principale de ce travail : le sujet kojèvien n'est pas seulement - à la Butler - un sujet de désir ; mais, plutôt, un sujet de désir et loi. / This work seeks to explore the potential of the philosophy of Kojève, which has its offspring in the relation between Desire and Law. This plexus is regarded as the hermeneutic theme of the work of Kojève, based on the intuition of a fundamental unity within his thought.This study aims at starting a research about relationship, in the light of Kojève's nouvelle ontologie. Kojève is regarded as “the interpreter” of Hegel and the doctor subtilis of the legendary Seminars on the Phenomenology of Spirit. The Introduction à la lecture de Hegel was the work that revolutionised the scholars in Paris in the 1930s, but it was only the tip of the iceberg of the author's scientific production. Therefore, the reconstruction of the opera omnia of Kojève is the base of this work, which could not have been possible without it.The scientific and speculative roots of Kojève's thought are evident since the early works of the author, and particularly the Journal d'un philosophe (1920-1923) and l'idée du déterminisme dans la physique classique et dans la physique moderne (1932). The main question, partly formulated by Kojève himself, is the following: can we associate the quantic revolution in physics to the revolution of psychoanalysis, given that the relative determination of physic reality implies the existence of the psychological unconscious? The preliminary observations on science have been fundamental in order to give a positive answer to this question. They also represent the foundations of this research. According to Kojève, the subject is not simply, as Butler would hold, a subject of desire; but a subject of desire and law.

L'objectif de cette thèse est de comprendre l'influence de la culture des physiciens sur leurs représentations mentales profondes du réel. Ces représentations, appelées themata, sont des options ou des présupposés philosophiques : déterminisme, réductionnisme, objectivité, etc. Sont-elles partagées par les scientifiques, au-delà de leurs spécificités culturelles géographiques, reflettant ainsi les valeurs partagées de la science ? Autrement dit, la science est-elle vraiment universelle ? Ou bien la culture locale des scientifiques exerce-t-elle une influence sur leurs représentations du réel dans le cadre de leur travail scientifique ? Nous avons comparé plus de soixante-dix physiciens indiens et français, au sujet de leur représentation du réel, en particulier au sujet de la physique quantique.Les résultats de notre recherche montrent qu'il existe des différences entre certains themata des physiciens indiens et français. Nous avons en particulier observé que les physiciens indiens apparaissent plus déterministes que les physiciens français ; ils sont plus attachés à l'appréhension discrète et non continue de la matière ; ils accordent un rôle plus important au caractère subjectif de la connaissance c'est à dire à l'observateur, ils ont une approche plus systémique des objets et phénomènes physiques et ils conçoivent un ordre sous-jacent aux phénomènes, ce qui est beaucoup moins le cas pour les physiciens français. A l'issue de notre recherche, nous estimons que les physiciens indiens et français adhèrent à des themata différents. Nous pouvons donc parler de spécificités locales (ou nationales) pour les themata, c'est-à-dire de « styles thématiques locaux » (STL), un concept que nous développons spécifiquement pour cette recherche. Nous observons par ailleurs, que dans le cas de la physique quantique, ces « styles thématiques locaux » semblent influencer les choix de représentation et d'interprétation de la théorie quantique / This thesis examines the influence of the cultural background of physicists on their deep mental representations of reality. These representations, called themata, are philosophical presuppositions: determinism, reductionism, objectivity, etc. Are scientist' themata independent of their cultural backgrounds, reflecting instead the shared values of science? Is science universal? Does the scientific culture influences their representations of reality in the context of their scientific work? We compare the themata of seventy Indian and French physicists, with a focus on their interpretation of quantum physics.The results of our research suggest that there are differences between Indian and French physicists with respect to certain themata. In particular, we observe that Indian physicists appear more deterministic than their French counterparts and they are more attached to a discrete rather thana continuous conception of matter. Indian physicists give a greater role to the subjective nature of knowledge (the observer), they have a more systemic approach to physical objects and phenomena, and they have a preference for an order underlying the phenomena. If Indian and French physicists adhere to different themata this justifies talking about specific local (or national) styles for themata, that is to say, "local thematic styles" (STL), a concept that we have developed specifically for this research. We also note that in the case of quantum physics these "local thematic styles" seem to influence scientists' choice of representation and interpretation of quantum theory