Key agreement is a cryptographic scenario between two legitimate parties, who need to establish a common secret key over a public authenticated channel, and an eavesdropper who intercepts all their messages in order to learn the secret. We consider query complexity in which we count only the number of evaluations (queries) of a given black-box function, and classical communication channels. Ralph Merkle provided the first unclassified scheme for secure communications over insecure channels. When legitimate parties are willing to ask O(N) queries for some parameter N, any classical eavesdropper needs Omega(N^2) queries before being able to learn their secret, which is is optimal. However, a quantum eavesdropper can break this scheme in O(N) queries. Furthermore, it was conjectured that any scheme, in which legitimate parties are classical, could be broken in O(N) quantum queries. In this thesis, we introduce protocols à la Merkle that fall into two categories. When legitimate parties are restricted to use classical computers, we offer the first secure classical scheme. It requires Omega(N^{13/12}) queries of a quantum eavesdropper to learn the secret. We give another protocol having security of Omega(N^{7/6}) queries. Furthermore, for any k>= 2, we introduce a classical protocol in which legitimate parties establish a secret in O(N) queries while the optimal quantum eavesdropping strategy requires Theta(N^{1/2+k/{k+1}}) queries, approaching Theta(N^{3/2}) when k increases. When legitimate parties are provided with quantum computers, we present two quantum protocols improving on the best known scheme before this work. Furthermore, for any k>= 2, we give a quantum protocol in which legitimate parties establish a secret in O(N) queries while the optimal quantum eavesdropping strategy requires Theta(N^{1+{k}/{k+1}})} queries, approaching Theta(N^{2}) when k increases. / Un protocole d'échange de clés est un scénario cryptographique entre deux partis légitimes ayant besoin de se mettre d'accord sur une clé commune secrète via un canal public authentifié où tous les messages sont interceptés par un espion voulant connaître leur secret. Nous considérons un canal classique et mesurons la complexité de calcul en termes du nombre d'évaluations (requêtes) d'une fonction donnée par une boîte noire. Ralph Merkle fut le premier à proposer un schéma non classifié permettant de réaliser des échanges securisés avec des canaux non securisés. Lorsque les partis légitimes sont capables de faire O(N) requêtes pour un certain paramètre N, tout espion classique doit faire Omega(N^2) requêtes avant de pouvoir apprendre leur secret, ce qui est optimal. Cependant, un espion quantique peut briser ce schéma avec O(N) requêtes. D'ailleurs, il a été conjecturé que tout protocole, dont les partis légitimes sont classiques, pourrait être brisé avec O(N) requêtes quantiques. Dans cette thèse, nous introduisons deux catégories des protocoles à la Merkle. Lorsque les partis légitimes sont restreints à l'utilisation des ordinateurs classiques, nous offrons le premier schéma classique sûr. Il oblige tout adversaire quantique à faire Omega(N^{13/12}) requêtes avant d'apprendre le secret. Nous offrons aussi un protocole ayant une sécurité de Omega(N^{7/6}) requêtes. En outre, pour tout k >= 2, nous donnons un protocole classique pour lequel les partis légitimes établissent un secret avec O(N) requêtes alors que la stratégie optimale d'espionnage quantique nécessite Theta(N^{1/2 + k/{k +1}}) requêtes, se rapprochant de Theta(N^{3/2}) lorsque k croît. Lors les partis légitimes sont équipés d'ordinateurs quantiques, nous présentons deux protocoles supérieurs au meilleur schéma connu avant ce travail. En outre, pour tout k >= 2, nous offrons un protocole quantique pour lequel les partis légitimes établissent un secret avec O(N) requêtes alors que l'espionnage quantique optimale nécessite Theta(N^{1+{k}/{k+1}}) requêtes, se rapprochant de Theta(N^{2}) lorsque k croît.

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Nous montrons qu’un modèle pour une théorie des champs à base d’automate cellulaire quantique est compatible avec une relativité restreinte déformée. En asso- ciant les lois de la physique à la règle d’évolution de l’automate, nous obtenons une version du principe de relativité où les états évoluant sur la grille de l’automate sont sujets à des transformations de Lorentz modifiées. Nous montrons ensuite que les déformations non-linéaires à l’espace des impulsions et des énergies mèneraient à une relativité de la localité et, dans des condition appropriées, produiraient un renversement de l’effet relativiste de contraction des longueurs. Nous considérons également les simulations de la physique sur calcul quantique d’un point de vue philosophique, demandant si notre monde pourrait faire partie d’une telle simulation et voyant comment des observations provenant de l’extérieur pourraient agir sur la simulation. / We show that a quantum field model based on a quantum cellular automaton requires a deformed special relativity. By associating the laws of physics with the automaton evolution rule, we obtain a version of the relativity principle where states evolving on the automaton must transform according to modified Lorentz transforma- tions. We then show that a non-linear momentum and energy space gives rise to the phenomenon of relative locality and that, under appropriate conditions, the relativistic length contraction effect must be reversed. We also consider simulations of physics on a philosphical level, asking if we might live inside such a simulation and seeing how observers from outside might interact if they attempt to observe us in such a context.

Alors que le rendu réaliste gagne de l’ampleur dans l’industrie, les techniques à la fois photoréalistes et basées sur la physique, complexes en terme de temps de calcul, requièrent souvent une étape de précalcul hors-ligne. Les applications en temps réel, comme les jeux vidéo et la réalité virtuelle, se basent sur des techniques d’approximation et de précalcul pour atteindre des résultats réalistes. L’objectif de ce mémoire est l’investigation de différentes paramétrisations animées pour concevoir une technique d’approximation de rendu réaliste en temps réel. Notre investigation se concentre sur le rendu d’effets visuels appliqués à des personnages animés par modèle d’armature squelettique. Des paramétrisations combinant des données de mouvement et d’apparence nous permettent l’extraction de paramètres pour le processus en temps réel. Établir une dépendance linéaire entre le mouvement et l’apparence est ainsi au coeur de notre méthode. Nous nous concentrons sur l’occultation ambiante, où la simulation de l’occultation est causée par des objets à proximité bloquant la lumière environnante, jugée uniforme. L’occultation ambiante est une technique indépendante du point de vue, et elle est désormais essentielle pour le réalisme en temps réel. Nous examinons plusieurs paramétrisations qui traitent l’espace du maillage en fonction de l’information d’animation par squelette et/ou du maillage géométrique. Nous sommes capables d’approximer la réalité pour l’occultation ambiante avec une faible erreur. Notre technique pourrait également être étendue à d’autres effets visuels tels le rendu de la peau humaine (diffusion sous-surface), les changements de couleur dépendant du point de vue, les déformations musculaires, la fourrure ou encore les vêtements. / While realistic rendering gains more popularity in industry, photorealistic and physically- based techniques often necessitate offline processing due to their computational complexity. Real-time applications, such as video games and virtual reality, rely mostly on approximation and precomputation techniques to achieve realistic results. The objective of this thesis is to investigate different animated parameterizations in order to devise a technique that can approximate realistic rendering results in real time. Our investigation focuses on rendering visual effects applied to skinned skeletonbased characters. Combined parameterizations of motion and appearance data are used to extract parameters that can be used in a real-time approximation. Trying to establish a linear dependency between motion and appearance is the basis of our method. We focus on ambient occlusion, a simulation of shadowing caused by objects that block ambient light. Ambient occlusion is a view-independent technique important for realism. We consider different parameterization techniques that treat the mesh space depending on skeletal animation information and/or mesh geometry. We are able to approximate ground-truth ambient occlusion with low error. Our technique can also be extended to different visual effects, such as rendering human skin (subsurface scattering), changes in color due to the view orientation, deformation of muscles, fur, or clothes