Le cadre général de cette thèse est la théorie des champs à température finie, et plus particulièrement le calcul perturbatif<br />des fonctions de Green thermiques. Dans une première partie sont considérés trois problèmes plutôt en relation avec le<br />formalisme lui-même. Après deux chapitres introductifs destinés à mettre en place le cadre et les notations utilisées par la<br />suite, un chapitre est dédié à clarifier certains aspects de la justification des règles de Feynman du formalisme à temps réel.<br />Ensuite, je m'intéresse dans le chapitre 4 au problème des règles de coupure dans les formalismes à temps réel. En<br />particulier, outre la résolution d'une controverse à ce sujet, je donne les règles de coupure à utiliser dans la version<br />``retardée-avancée'' de ce formalisme. Enfin, le dernier problème abordé dans la première partie est celui de la désintégration<br />du pion en deux photons dans un environnement thermique. J'y montre que les contradictions existant dans la littérature à ce<br />sujet sont dues à certaines propriétés analytiques des fonctions de Green thermiques. La deuxième partie concerne le calcul<br />du taux de production de photons ou de paires de leptons (photons virtuels) par un plasma de quarks et de gluons. Le cadre<br />de ce travail est la réorganisation du développement perturbatif obtenue par la sommation des diagrammes connus sous le<br />nom de boucles dures. Le premier volet de cette étude concerne la production de photons virtuels où l'on montre que des<br />contributions importantes arrivent à deux boucles et complètent le résultat déjà connu à une boucle. L'autre volet est la<br />production de photons réels, pour lesquels on montre que des divergences colinéaires extrêmement fortes rendent les<br />contributions à deux boucles largement dominantes devant les contributions à une boucle. Dans les deux cas, le phénomène<br />observé peut être interprété comme des insuffisances de l'approximation qui conduit aux boucles dures.

Dans ce travail on étudie la dynamique quantique des champs pour des systèmes hors équilibre avec une densité d'énergie non perturbativement grande. Les principales applications des résultats sont les collisions ultrarélativistes d'ions lourds et l'évolution de l'Univers primordial.<br /><br /><br />On utilise la limite de grand N pour résoudre la dynamique du modèle \lambda (\vec \Phi^2)^2. On obtient des solutions analytiques pour plusieurs régimes. On montre que la dynamique est characterisée par des phénomènes de décohérence, resonance paramétrique, restoration de la symétrie, brisure spontanée de la symétrie, instabilités spinodales et création de bosons de Goldstone hors équilibre. On étudie aussi l'évolution de la fonction de corrélation pour laquelle on<br />trouve un comportement de "scalling" généralisé (pour symétrie brisé). Dans le cas où la symétrie est brisée, la masse<br />effective converge asymptotiquement vers zero en absence de champ externe, tandis que dans sa présence la masse carrée est de l'ordre du champ externe.<br /><br /><br />On a étudié aussi la dynamique des champs quantiques dans l'espace-temps FRW de façon consistante. Cela donne un traitement quantique consistant au champ de l'inflaton dans le scénario de l'inflation chaotique face au traitement classique usuel. Ce traitement donne une justification microscopique de l'inflation chaotique classique. On trouve une classe d'états initiaux quantiques (aussi pure comme mélange) qui donnent lieu à une période d'inflation chaotique et on obtient une<br />généralisation quantique des conditions de roulement lente.

La dérivation d'équations cinétiques consiste à obtenir, à partir d'un modèle microscopique décrivant un système physique donné, des équations d'évolution contenant les informations pertinentes d'un point de vue macroscopique sur ce système. Dans cette thèse on s'intéresse, dans des cas particuliers, à la dérivation d'équations cinétiques par des méthodes utilisant le formalisme de la théorie quantique des champs (QFT) et le calcul semi-classique en dimension finie et infinie. Après une introduction générale, on traite dans la seconde partie de la dérivation de l'équation de Boltzmann linéaire pour une particule dans un champ aléatoire Gaussien, dans la limite de faible densité (ou de faible couplage). On considère des données initiales plus générales que dans les travaux de Erdös et Yau sur le même sujet mais on renouvelle l'aléa pour obtenir le caractère Markovien de l'évolution. On démontre dans la troisième partie une formule décrivant l'évolution, pour un Hamiltonien quantique quadratique dépendant du temps, d'une observable quantifiée à l'aide de la quantification de Wick. Cette formule est valable en dimension finie ou infinie. Enfin la quatrième partie est un travail conjoint avec Zied Ammari. On y considère des bosons interagissant via un potentiel delta, dans la limite de champ moyen, en dimension un. On dérive de ce modèle l'équation de Schrödinger non-linéaire cubique défocalisante.

Le sujet de la thèse est la construction d'une théorie perturbative des champs quantiques en interaction sur un espace-temps courbe, suivant un point de vue conçu par Stueckelberg et Bogoliubov et developpé par Epstein-Glaser sur l'espace de Minkowski plat. En 2000, un progrès important fut réalisé par Brunetti et Fredenhagen qui réussirent à étendre la théorie d'Epstein-Glaser en exploitant le point de vue développé par Radzikowski pour définir les états quantiques sur un espace-temps courbe en terme d'ensembles de front d'onde. Ces résultats furent ultérieurement généralisés par Fredenhagen, Brunetti, Hollands, Wald, Rejzner, etc. aux théories de Yang-Mills et de la gravitation. Cependant, même pour des théories sans invariance de jauge, de nombreux détails mathématiques sont restés inexplorés et parfois sans vérification. Nous construisons d'une façon totalement rigoureuse cette théorie dans le cas des champs sans invariance de jauge. Dans notre travail, nous revisitons complètement cette théorie, résolvant au passage plusieurs questions laissées en suspens, incorporant de nombreux résultats nouveaux autour de ce programme et, le cas échéant, apportant des détails beaucoup plus précis sur les contre-termes dans le processus de renormalisation, une compréhension plus approfondie des ambiguïtés et une description géométrique des ensembles de front d'onde.

The processing of information based on the generation of common quantum optical states (e.g. coherent states) and the measurement of the quadrature components of the light field (e.g. homodyne detection) is often referred to as continuous-variable quantum information processing. It is a very fertile field of investigation, at a crossroads between quantum optics and information theory, with notable successes such as unconditional continuous-variable quantum teleportation or Gaussian quantum key distribution. In quantum optics, the states of the light field are conveniently characterized using a phase-space representation (e.g. Wigner function), and the common optical components effect simple affine transformations in phase space (e.g. rotations). In quantum information theory, one often needs to determine entropic characteristics of quantum states and operations, since the von Neuman entropy is the quantity at the heart of entanglement measures or channel capacities. Computing entropies of quantum optical states requires instead turning to a state-space representation of the light field, which formally is the Fock space of a bosonic mode.<p>This interplay between phase-space and state-space representations does not represent a particular problem as long as Gaussian states (e.g. coherent, squeezed, or thermal states) and Gaussian operations (e.g. beam splitters or squeezers) are concerned. Indeed, Gaussian states are fully characterized by the first- and second-order moments of mode operators, while Gaussian operations are defined via their actions on these moments. The so-called symplectic formalism can be used to treat all Gaussian transformations on Gaussian states, including mixed states of an arbitrary number of modes, and the entropies of Gaussian states are directly linked to their symplectic eigenvalues.<p>This thesis is concerned with the Gaussian transformations applied onto arbitrary states of light, in which case the symplectic formalism is unapplicable and this phase-to-state space interplay becomes highly non trivial. A first motivation to consider arbitrary (non-Gaussian) states of light results from various Gaussian no-go theorems in continuous-variable quantum information theory. For instance, universal quantum computing, quantum entanglement concentration, or quantum error correction are known to be impossible when restricted to the Gaussian realm. A second motivation comes from the fact that several fundamental quantities, such as the entanglement of formation of a Gaussian state or the communication capacity of a Gaussian channel, rely on an optimization over all states, including non-Gaussian states even though the considered state or channel is Gaussian. This thesis is therefore devoted to developing new tools in order to compute state-space properties (e.g. entropies) of transformations defined in phase-space or conversely to computing phase-space properties (e.g. mean-field amplitudes) of transformations defined in state space. Remarkably, even some basic questions such as the entanglement generation of optical squeezers or beam splitters were unsolved, which gave us a nice work-bench to investigate this interplay. <p>In the first part of this thesis (Chapter 3), we considered a recently discovered Gaussian probabilistic transformation called the noiseless optical amplifier. More specifically, this is a process enabling the amplification of a quantum state without introducing noise. As it has long been known, when amplifing a quantum signal, the arising of noise is inevitable due to the unitary evolution that governs quantum mechanics. It was recently realized, however, that one can drop the unitarity of the amplification procedure and trade it for a noiseless, albeit probabilistic (heralded) transformation. The fact that the transformation is probabilistic is mathematically reflected in the fact that it is non trace-preserving. This quantum device has gained much interest during the last years because it can be used to compensate losses in a quantum channel, for entanglement distillation, probabilistic quantum cloning, or quantum error correction. Several experimental demonstrations of this device have already been carried out. Our contribution to this topic has been to derive the action of this device on squeezed states and to prove that it acts quite surprisingly as a universal (phase-insensitive) optical squeezer, conserving the signal-to-noise ratio just as a phase-sensitive optical amplifier but for all quadratures at the same time. This also brought into surface a paradoxical effect, namely that such a device could seemingly lead to instantaneous signaling by circumventing the quantum no-cloning theorem. This paradox was discussed and resolved in our work.<p>In a second step, the action of the noiseless optical amplifier and it dual operation (i.e. heralded noiseless attenuator) on non-Gaussian states has been examined. We have observed that the mean-field amplitude may decrease in the process of noiseless amplification (or may increase in the process of noiseless attenuation), a very counterintuitive effect that Gaussian states cannot exhibit. This work illustrates the above-mentioned phase-to-state space interplay since these devices are defined as simple filtering operations in state space but inferring their action on phase-space quantities such as the mean-field amplitude is not straightforward. It also illustrates the difficulty of dealing with non-Gaussian states in Gaussian transformations (these noiseless devices are probabilistic but Gaussian). Furthermore, we have exhibited an experimental proposal that could be used to test this counterintuitive feature. The proposed set-up is feasible with current technology and robust against usual inefficiencies that occur in optical experiment. <p>Noiseless amplification and attenuation represent new important tools, which may offer interesting perspectives in quantum optical communications. Therefore, further understanding of these transformations is both of fundamental interest and important for the development and analysis of protocols exploiting these tools. Our work provides a better understanding of these transformations and reveals that the intuition based on ordinary (deterministic phase-insensitive) amplifiers and losses is not always applicable to the noiseless amplifiers and attenuators.<p>In the last part of this thesis, we have considered the entropic characterization of some of the most fundamental Gaussian transformations in quantum optics, namely a beam splitter and two-mode squeezer. A beam splitter effects a simple rotation in phase space, while a two-mode squeezer produces a Bogoliubov transformation. Thus, there is a well-known phase-space characterization in terms of symplectic transformations, but the difficulty originates from that one must return to state space in order to access quantum entropies or entanglement. This is again a hard problem, linked to the above-mentioned interplay in the reverse direction this time. As soon as non-Gaussian states are concerned, there is no way of calculating the entropy produced by such Gaussian transformations. We have investigated two novel tools in order to treat non-Gaussian states under Gaussian transformations, namely majorization theory and the replica method.<p>In Chapter 4, we have started by analyzing the entanglement generated by a beam splitter that is fed with a photon-number state, and have shown that the entanglement monotones can be neatly combined with majorization theory in this context. Majorization theory provides a preorder relation between bipartite pure quantum states, and gives a necessary and sufficient condition for the existence of a deterministic LOCC (local operations and classical communication) transformation from one state to another. We have shown that the state resulting from n photons impinging on a beam splitter majorizes the corresponding state with any larger photon number n’ > n, implying that the entanglement monotonically grows with n, as expected. In contrast, we have proven that such a seemingly simple optical component may have a rather surprising behavior when it comes to majorization theory: it does not necessarily lead to states that obey a majorization relation if one varies the transmittance (moving towards a balanced beam splitter). These results are significant for entanglement manipulation, giving rise in particular to a catalysis effect.<p>Moving forward, in Chapter 5, we took the step of introducing the replica method in quantum optics, with the goal of achieving an entropic characterization of general Gaussian operations on a bosonic quantum field. The replica method, a tool borrowed from statistical physics, can also be used to calculate the von Neumann entropy and is the last line of defense when the usual definition is not practical, which is often the case in quantum optics since the definition involves calculating the eigenvalues of some (infinite-dimensional) density matrix. With this method, the entropy produced by a two-mode squeezer (or parametric optical amplifier) with non-trivial input states has been studied. As an application, we have determined the entropy generated by amplifying a binary superposition of the vacuum and an arbitrary Fock state, which yields a surprisingly simple, yet unknown analytical expression. Finally, we have turned to the replica method in the context of field theory, and have examined the behavior of a bosonic field with finite temperature when the temperature decreases. To this end, information theoretical tools were used, such as the geometric entropy and the mutual information, and interesting connection between phase transitions and informational quantities were found. More specifically, dividing the field in two spatial regions and calculating the mutual information between these two regions, it turns out that the mutual information is non-differentiable exactly at the critical temperature for the formation of the Bose-Einstein condensate.<p>The replica method provides a new angle of attack to access quantum entropies in fundamental Gaussian bosonic transformations, that is quadratic interactions between bosonic mode operators such as Bogoliubov transformations. The difficulty of accessing entropies produced when transforming non-Gaussian states is also linked to several currently unproven entropic conjectures on Gaussian optimality in the context of bosonic channels. Notably, determining the capacity of a multiple-access or broadcast Gaussian bosonic channel is pending on being able to access entropies. We anticipate that the replica method may become an invaluable tool in order to reach a complete entropic characterization of Gaussian bosonic transformations, or perhaps even solve some of these pending conjectures on Gaussian bosonic channels.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Quantum key distribution (QKD) protocols are intended to allow cryptographic keys to be generated and distributed in way that is provably secure based on inherent limitations, such as the no-cloning principle, imposed by quantum mechanics. This unique advantage compared with classical cryptography comes with an added difficulty: key bits in QKD protocols are encoded in analogue quantum states and their preparation is consequently subject to the usual imprecisions inevitable in any real world experiment. The negative impact of such imprecisions is illustrated for the BB84 QKD protocol. Following this, the main part of this thesis is concerned with the incorporation of such imprecisions in security proofs of the BB84 and two semi-device-independent protocols against the class of collective attacks. On a technical level, by contrast with the vast majority of security proofs developed since the turn of the century, in which recasting the protocol into an equivalent entanglement-based form features heavily in the analysis, the main results obtained here are approached directly from the prepare-and-measure perspective and in particular the connection with the no-cloning theorem and an early security proof by Fuchs et al. against the class of individual attacks is emphasised.<p><p>This thesis also summarises, as an appendix, a separate project which introduces and defines a hierarchy of polytopes intermediate between the local and no-signalling polytopes from the field of Bell nonlocality. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'objectif de ce travail de recherche est l'étude des posibilités offertes par une nouvelle approche de l'information quantique basée sur des variables quantiques continues. Lorsque ces variables continues sont portées par le champs éléctromagnétique, un grand nombre de protocoles d'information quantique peuvent être implémentés à l'aide de lasers et d'éléments d'optique linéaire standards. Cette simplicité expérimentale rend cette approche très intéressantes d'un point de vue pratique, en particulier pour le développement des futurs réseaux de communications quantiques.<p><p>Le travail peut se diviser en deux parties complémentaires. Dans la première partie, plus fondamentale, la relation complexe qui existe entre l'intrication et la nonlocalité de la mécanique quantique est étudiée sur base des variables optiques continues. Ces deux ressources étant essentielles pour l'information quantique, il est nécessaire de bien les comprendre et de bien les caractériser. Dans la seconde partie, orientée vers des applications concrètes, le problème de la correction d'erreur à variables continues est étudié. Pouvoir transmettre et manipuler l'information sans erreurs est nécessaire au bon développemnent de l'information quantique, mais, en pratique, les erreurs sont inévitables. Les codes correcteurs d'erreurs permettent de détecter et corriger ces erreures de manière efficace.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<p align="justify">Les fonctions de Lagrange sont des fonctions indéfiniment dérivables qui s'annulent en tous les points d'un réseau sauf un. Ces fonctions sont utilisées comme fonctions de base d'un calcul variationnel. Les éléments de matrice de ce calcul sont évalués à l'aide de la règle de quadrature de Gauss définie par le réseau de points. Les équations à résoudre prennent ainsi la forme d'équations sur réseau.</p><p><p align="justify">La méthode des réseaux de Lagrange allie simplicité et précision. La matrice représentant le potentiel est diagonale et ne dépend que des valeurs prises par le potentiel aux points du réseau. Contrairement à la méthode des différences finies, une expression analytique est obtenue pour la solution. Nous cherchons clans cette thèse à cerner les avantages et inconvénients de la méthode des réseaux de Lagrange, ainsi qu'à étendre son champ d'application en mécanique quantique. Nous montrons notamment que cette méthode peut être reliée à d'autres méthodes sur réseau, telles que les méthodes de la variable discrétisée (DVR) ou du réseau de Fourier, qui sont fort utilisées en physique atomique et moléculaire.</p><p><p align="justify">Dans les problèmes à deux corps, nous appliquons la méthode à l'étude des états liés et nous l'étendons au cas des collisions, c'est-à-dire aux états libres. Une nouvelle technique de calcul de la longueur de diffusion et de la portée effective est également considérée. Dans certains cas, la solution exacte du problème à deux corps existe sous forme analytique, ce qui permet une étude de la précision de la méthode en ce qui concerne les valeurs propres et les vecteurs propres de la matrice hamiltonienne. L'extension de la méthode aux problèmes à deux corps régis par une dynamique semi-relativiste est également examinée.</p><p><p align="justify">Dans le cas des problèmes à trois corps, nous effectuons une comparaison entre plusieurs systèmes de coordonnées auxquels sont couplés différents réseaux de Lagrange. Les résultats de cette comparaison dépendent de la présence de singularités dans les potentiels, celles-ci pouvant limiter fortement la précision de la méthode.</p><p><p align="justify">En physique nucléaire, nous comparons deux approches sur réseaux de Lagrange lors de l'étude de l'état fondamental du noyau 6He. Il s'agit d'un noyau à halo de neutrons, pour lequel il existe une forte probabilité de trouver deux des neutrons loin des autres nucléons. Le noyau 6He peut ainsi être traité comme un système à trois corps, constitué d'une particule alpha et de deux neutrons. Nous étendons également le modèle à trois corps pour ce noyau au cas d'interactions à deux corps plus générales, c'est-à-dire contenant différents opérateurs agissant sur les spins des nucléons.</p><p><p align="justify">En physique atomique et moléculaire, où les interactions sont, en première approximation, purement coulombiennes, nous nous sommes intéressé aux états S et P des principaux systèmes à trois corps que sont l'atome d'hélium He, les ions hydrogène H-et positronium Ps-, l'ion moléculaire d'hydrogène HZ et la molécule muonique dt"mu". Les fonctions d'onde approchées obtenues lors de la détermination des états liés sont utilisées pour évaluer des rayons quadratiques moyens et les rayons de masse de ces systèmes.</p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<p align="justify">Les transformations de supersymétrie (ou de Darboux) sont appliquées à l'étude du problème inverse, c'est à dire à la construction d'un potentiel d'interaction à partir de données de collisions, en mécanique quantique. En effet, ces transformations permettent de construire de nouveaux potentiels à partir d'un potentiel donné. Leur formalisme est étudié en détail, ainsi que celui correspondant à l'itération de deux telles transformations (paires de transformations).</p><p><p align="justify">La présence d'états liés rend le problème inverse ambigu :plusieurs potentiels ayant des spectres liés différents peuvent avoir les mêmes propriétés pour la description des collisions; de tels potentiels sont dits équivalents en phase. Une décomposition originale du problème inverse est proposée pour gérer efficacement cette ambiguïté :dans un premier temps, un potentiel est construit à partir des données de collision (ce qui constitue le problème inverse proprement dit); dans un second temps, tous les potentiels équivalents en phase au potentiel ainsi obtenu sont construits. Avant ce travail, il était connu que ces deux aspects du problème inverse pouvaient être traités à l'aide de paires de transformations de supersymétrie.</p><p><p align="justify">En ce qui concerne la construction de potentiels équivalents, nous étendons les méthodes existantes à des catégories de potentiels très utilisées en physique nucléaire, à savoir les potentiels optiques (ou complexes), les potentiels en voies couplées et les potentiels dépendant linéairement de l'énergie. En utilisant une paire de transformations permettant d'enlever un état lié, nous comparons les propriétés physiques des potentiels nucléaires profonds (c'est à dire possédant des états liés interdits par le principe de Pauli) et peu profonds. Des calculs dans des modèles à trois corps du noyau à halo d'6He et de la collision 16O+17O à basse énergie n'ont pas révélé d'importantes différences entre ces familles de potentiels. D'autres types de transformations permettent d'ajouter des états liés à énergie et normalisation arbitraires. Cependant, dans le cas à plusieurs voies, leur utilisation est compliquée par la possibilité d'avoir des états liés dégénérés et non dégénérés. Une étude préliminaire à deux voies montre que ces deux types d'états peuvent être traités par supersymétrie.</p><p><p align="justify">En ce qui concerne le problème inverse proprement dit, nous montrons que l'utilisation de transformations simples (plutôt que de paires) permet une meilleure compréhension des méthodes existantes, tant pour l'inversion à moment cinétique orbital fixe que pour l'inversion à énergie fixe. De plus, l'utilisation de transformations simples mène dans certains cas à de nouvelles catégories de potentiels. Ainsi, nous construisons un nouveau potentiel d'interaction nucléon nucléon pour l'onde 1S; ce potentiel possède une singularité en r 2 à l'origine. La possibilité de construire des potentiels profonds par inversion est brièvement discutée. Pour les voies couplées, une étude bibliographique révèle certaines propriétés contradictoires des méthodes existantes, mais une analyse complète reste à faire.</p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les deux principales prédictions de la théorie quantique des champs en espace-temps courbe, à savoir la radiation de Hawking et la production de paires de particules ayant lieu dans un espace-temps non stationnaire, n'ont jamais été testé expérimentalement et impliquent toutes deux des processus à ultra haute énergie. En conséquence, de telles prédictions doivent être considérées prudemment. En utilisant l'analogie avec des systèmes de matière condensée mise en avant par Unruh, leur analogue pourrait être testé en laboratoire. Par ailleurs, dispersion et dissipation sont toujours présentes dans de tels systèmes, ce qui régularise la théorie à courte distances. Lors d'expériences destinées à tester les prédictions citées ci-dessus, le bruit thermique modifiera le résultat. En effet, il existe une compétition entre l'émission stimulée dudit bruit thermique et l'émission spontanée issue du vide quantique. Afin de mesurer la radiation de Hawking analogue et de l'analogue des productions de paires (souvent appelé effet Casimir dynamique), il est alors nécessaire de calculer les conséquence de la dispersion et de la dissipation, ainsi que d'identifier des observables permettant de certifier que l'amission spontanée a eu lieu. Dans cette thèse, nous analyserons d'abord les effets de la dispersion et de la dissipation à la fois sur la radiation de Hawking et sur la production de paires de particules. Afin d'obtenir des résultats explicites, nous travaillerons avec l'espace-temps de de Sitter. Les symétries de la théorie nous permettront d'obtenir des résultats exacts. Ceux-ci seront alors appliqués aux trous noirs grâce aux ressemblances entre la région proche du trou noir et l'espace de de Sitter. Afin d’introduire de la dissipation, nous considérerons un modèle exactement soluble permettant de modéliser n'importe quel taux de dissipation. Dans un tel modèle, le champ est couplé de manière linéaire à un environnement contenant un ensemble dense de degrés de liberté. Dans un tel contexte, nous étudierons l'intrication des particules produites. Ensuite, nous considérerons des systèmes de matière condensée spécifiques, à savoir les condensats de Bose et les polaritons. Nous analyserons les effets de la dissipation sur l'intrication de l’effet Casimir dynamique. Enfin, nous étudieront de manière générique l'intrication de la radiation de Hawking en présence de dispersion pour des systèmes analogues. / The two main predictions of quantum field theory in curved space-time, namely Hawking radiation and cosmological pair production, have not been directly tested and involve ultra high energy configurations. As a consequence, they should be considered with caution. Using the analogy with condensed matter systems put forward by Unruh, their analogue versions could be tested in the lab. Moreover, the high energy behavior of these systems is known and involved dispersion and dissipation, which regulate the theory at short distances. When considering experiments which aim to test the above predictions, the thermal noise will contaminate the outcome. Indeed, there will be a competition between the stimulated emission from thermal noise and the spontaneous emission out of vacuum. In order to measure the quantum analogue Hawking radiation, or the analogue pair production also called dynamical Casimir effect, one should thus compute the consequences of ultraviolet dispersion and dissipation, and identify observables able to establish that the spontaneous emission took place. In this thesis, we first analyze the effects of dispersion and dissipation on both Hawking radiation and pair particle production. To get explicit results, we work in the context of de Sitter space. Using the extended symmetries of the theory in such a background, exact results are obtained. These are then transposed to the context of black holes using the correspondence between de Sitter space and the black hole near horizon region. To introduce dissipation, we consider an exactly solvable model producing any decay rate. In such a model, the field is linearly coupled to an environment containing a dense set of degrees of freedom. We also study the quantum entanglement of the particles so produced. In a second part, we consider explicit condensed matter systems, namely Bose Einstein condensates and exciton-polariton systems. We analyze the effects of dissipation on entanglement produced by the dynamical Casimir effect. As a final step, we study the entanglement of Hawking radiation in the presence of dispersion for a generic analogue system.