ED Mathématiques et Informatique
Étude de codes LDPC quantiques et de leur décodage
par Wouter ROZENDAAL (IMB - Institut de Mathématiques de Bordeaux)
Cette soutenance a lieu à 14h30 - Salle 1 Institut de Mathématiques de Bordeaux Université de Bordeaux, Bâtiment A33 351, cours de la Libération F-33405 Talence, France
devant le jury composé de
- Gilles ZéMOR - Professeur des universités - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Valentin SAVIN - Directeur de recherche - CEA-Léti - Rapporteur
- Jean-Pierre TILLICH - Directeur de recherche - Inria de Paris - Rapporteur
- Benjamin AUDOUX - Professeur des universités - Aix-Marseille Université - Examinateur
- Elena BERARDINI - Chaire de professeur junior - Université de Bordeaux - Examinateur
- Cyril GAVOILLE - Professeur des universités - Université de Bordeaux - Examinateur
Les codes quantiques de type LDPC (Low-Density Parity-Check, à matrice de parité creuse) offrent une solution prometteuse pour protéger l'information quantique contre les erreurs et sont donc considérés comme une étape importante dans la réalisation à grande échelle d'un ordinateur quantique tolérant aux fautes. Dans cette thèse, nous étudions les codes LDPC quantiques selon trois approches différentes, en analysant le décodage par renormalisation du code torique de Kitaev, en établissant des limites sur la distance minimale des codes géométriquement locaux et en construisant de petits exemples de codes de Tanner quantiques. Le code torique de Kitaev est un code LDPC quantique remarquable et est actuellement le plus largement considéré pour une mise en œuvre expérimentale. Nous examinons les décodeurs par renormalisation probabiliste introduits par Duclos-Cianci et Poulin, une famille de décodeurs qui offrent l'un des meilleurs compromis entre précision et rapidité. Nous étudions la manière dont ils gèrent les erreurs adverses en introduisant un décodeur par renormalisation déterministe, n'utilisant pas les probabilités a priori du modèle d'erreur. Nous constatons que ce décodeur par renormalisation admet des motifs d'erreurs incorrigibles de type fractal et nous obtenons une borne inférieure sur le poids de ces erreurs. En raison de contraintes physiques, une grande attention a été accordée aux codes LDPC quantiques dont les stabilisateurs n'agissent que sur un nombre limité de qubits voisins. Nous étendons la fameuse borne de Bravyi-Terhal aux codes quantiques définis par des contraintes locales sur un quotient de réseau, fournissant ainsi un aperçu essentiel des limites des codes stabilisateurs géométriquement locaux. En guise d'application, nous fournissons des bornes supérieures sur la distance minimale de codes à deux blocs construit à l'aide d'une algèbre d'un groupe abélien, une famille de codes LDPC quantiques pour laquelle la distance minimale est actuellement inconnue. Ces dernières années, des codes LDPC quantiques asymptotiquement bons ont été construits, mais les résultats démontrables concernant leurs distances minimales ne s'appliquent qu'à des codes trop longs pour être utilisables. Dans le cadre des efforts visant à concevoir des codes pouvant être mis en œuvre à court terme, nous construisons des instances courtes de codes quantiques de Tanner à l'aide de complexes carrés obtenus à partir de produits liftés de graphes réguliers. Plusieurs instances explicites de ces codes présentent des distances minimales dépassant la racine carrée de la longueur du code.
ED Sciences de la Vie et de la Santé
POPULATIONS NEURONALES PRÉFRONTALES DANS LA REPRÉSENTATION DE LA MENACE ET LA COORDINATION DES COMPORTEMENTS DÉFENSIFS
par Guillem LOPEZ-FERNANDEZ (Neurocentre Magendie)
Cette soutenance a lieu à 14h30 - CARF/CGFB Building - Salle de Conférence 146 Rue Léo Saignat - CARF/CGFB - 33000 Bordeaux, France
devant le jury composé de
- Cyril HERRY - Directeur de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Jan GRüNDEMANN - Professor - Université de Bonn - Rapporteur
- Letzkus JOHANNES - Professor - Université de Fribourg - Rapporteur
- Daniela POPA - Directrice de recherche - Institut de Biologie de l'École normale supérieure (IBENS) - Examinateur
- Nikolas KARALIS - Chargé de recherche - Institut du Cerveau - Examinateur
- Lisa ROUX - Directrice de recherche - Université de Bordeaux - Examinateur
Le comportement résulte de l'interaction entre les fonctions cérébrales, les motivations internes et les signaux environnementaux. Dans le cadre de cette interaction, une partie cruciale du comportement animal est dictée par la nécessité d'anticiper, de détecter et de réagir aux défis environnementaux tels que le danger. Les réponses à la menace émergent de l'organisation de multiples régions cérébrales interconnectées en ce que l'on appelle les circuits de défense de survie, parmi lesquels le cortex préfrontal médian (mPFC) est un régulateur central du comportement défensif. La plupart des recherches sur les systèmes défensifs menées au cours des dernières décennies s'appuient sur des paradigmes de conditionnement classique qui, bien qu'ils fournissent des informations précieuses sur la neurobiologie de la mémoire aversive, sont limités par leur conception réductionniste. En étudiant une seule menace et une seule réponse défensive, ces cadres ne peuvent pas modéliser la complexité du comportement dans des contextes plus naturalistes, où les organismes doivent évaluer de manière dynamique de multiples menaces et intégrer à la fois des signaux aversifs et gratifiants afin d'exécuter de manière flexible les comportements appropriés. Par conséquent, bien que le mPFC soit connu pour intégrer des stimuli multimodaux et exercer un contrôle précis sur des comportements complexes, son rôle dans l'expression flexible de stratégies d'adaptation appropriées au contexte a rarement été abordé. De plus, la littérature s'est largement concentrée sur la fonction des neurones pyramidaux ou des populations mixtes, tandis que les interneurones (IN) GABAergiques, moins abondants mais fonctionnellement cruciaux, ont reçu relativement peu d'attention. Pour combler ces lacunes, nous avons utilisé un paradigme comportemental récemment introduit qui expose les souris à des menaces distinctes nécessitant des réponses défensives spécifiques. En combinant cette tâche avec l'électrophysiologie, l'imagerie calcique, les manipulations optogénétiques et les analyses comportementales et de la population neuronale, nous avons examiné la contribution du PFC dorsomédial (dmPFC) et de ses populations neuronales distinctes dans la représentation des informations liées à la menace et la coordination des stratégies défensives d'adaptation. Nos résultats démontrent que le dmPFC code à la fois les représentations générales et spécifiques du danger, et que ses principales populations neuronales inhibitrices, à savoir les interneurones exprimant la somatostatine (SST) et la parvalbumine (PV), ont des rôles différents, mais complémentaires, dans la représentation des conditions menaçantes et non menaçantes et dans l'exécution des comportements défensifs. Alors que les SST-IN contribuent à affiner la discrimination des menaces et à résoudre l'incertitude des stimuli, les PV-IN transmettent la détection générale des stimuli émotionnellement saillants afin de faciliter la transition entre les états basaux et aversifs. De plus, en utilisant la segmentation comportementale sur les réponses défensives, nous montrons que des stratégies défensives distinctes découlent de séquences de motifs comportementaux spécifiques qui sont codés de manière distincte et dynamique dans le dmPFC. Nos résultats montrent que les stratégies d'adaptation appropriées dépendent de modèles d'activité spécifiques et non stationnaires du dmPFC qui favorisent l'agencement flexible de ces motifs en séquences comportementales adaptées au contexte, tandis que les modèles d'activité stationnaires sont associés à des schémas comportementaux rigides et à des stratégies d'adaptation inappropriées. Cela souligne un processus computationnel clé par lequel l'activité altérée du dmPFC pourrait être à l'origine des caractéristiques fondamentales de la rigidité cognitive et comportementale observées dans de nombreux troubles liés à la peur et à l'anxiété.
ED Sciences Physiques et de l'Ingénieur
DEVELOPPEMENT DE TRANSISTORS ELECTROCHIMIQUES ORGANIQUES POUR DES APPLICATIONS BIOLOGIQUES
par Reem EL ATTAR (Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système)
Cette soutenance a lieu à 9h30 - Amphithéâtre Jean Paul DOM A0.85 351 Cours de la Libération, Bâtiment A31 (IMS) 33405 Talence Cedex, France
devant le jury composé de
- Mamatimin ABBAS - Chargé de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Damien THUAU - Maître de conférences - Bordeaux INP - CoDirecteur de these
- Fabio BISCARINI - Professeur - Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia - Rapporteur
- Sylvie RENAUD - Professeure - IMS laboratory - Examinateur
- Esma ISMAILOVA - Maîtresse de conférences - Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint Etienne - Rapporteur
- Vincent NOEL - Professeur des universités - Université Paris cité - Examinateur
L'évolution des dispositifs bioélectroniques à base de matériaux organiques a permis de combler le fossé entre l'électronique reposant sur des semi-conducteurs organiques et la nature ionique des systèmes biologiques. Parmi ces dispositifs, les transistors électrochimiques organiques (OECTs) ont émergé comme particulièrement prometteurs grâce à leur transconductance élevée et à leur excellent rapport signal/bruit, ce qui les rend adaptés à la détection de faibles signaux biologiques. Cette thèse se concentre sur la fabrication et la caractérisation des OECTs pour des applications biologiques. Les dispositifs ont été réalisés en salle blanche par procédé de photolithographie, et le canal en polymère conducteur a été déposé par électropolymérisation, une technique choisie pour ses avantages en matière de dépôt localisé, d'incorporation de dopants et de réglage des propriétés du film. Plusieurs monomères ont été électropolymérisés et leurs performances, en tant que conducteurs organiques mixtes ioniques et électroniques, ont été étudiées. Après un premier travail consacré à la mise en place du dispositif d'électropolymérisation, l'EDOT (3,4-éthylènedioxythiophène) a été électropolymérisé. Les OECTs à base de PEDOT obtenus ont présenté une transconductance élevée (gm max ~ 12 mS) et sont restés stables en milieu biologique pendant plusieurs jours. Des cellules de type cardiomyocytes (HL-1) ont été cultivées sur le canal des OECTs afin de valider les performances des dispositifs et la configuration expérimentale pour le suivi de l'activité électrique cellulaire. En parallèle, un trimer de thiophène sélectif du zinc, fonctionnalisé par une dipicolylamine (Tri-DPA), a été utilisé pour fabriquer des capteurs spécifiques au Zn²⁺, destinés à la détection des flux d'ions zinc lors de la sécrétion d'insuline par les cellules β pancréatiques dans les îlots pancréatiques. Des OECTs spécifiques aux ions zinc ont été obtenus, avec une limite de détection (LoD) d'environ 1,5 µM, montrant des résultats prometteurs pour l'enregistrement de l'activité électrique extracellulaire des cellules β. De plus, l'électropolymérisation d'un monomère de type n a été réalisée, dans le but de fabriquer et de caractériser des OECTs n-type, avec à terme la perspective d'intégrer ces dispositifs n-type avec des OECTs p-type afin de créer des circuits complémentaires, prometteurs pour des applications biologiques. Ce monomère comporte un noyau naphtalène-diimide avec un groupe fonctionnel thiophène, conçu pour subir une électropolymérisation anodique afin de faciliter le dépôt. Malgré les difficultés généralement associées aux polymères n-type, une électropolymérisation réussie dans les canaux d'OECTs a été obtenue. Des expériences ont été menées pour améliorer les propriétés du film polymère en étudiant l'effet des solvants, de la concentration du monomère et de la taille de l'électrode de travail. Bien qu'aucune modulation par la grille n'ait été observée, des connaissances approfondies ont été acquises pour orienter le développement futur des OECTs n-type électropolymérisés. Ce travail de thèse visait à faire progresser le développement de capteurs fonctionnels à base d'OECTs pour des applications à la fois dans l'enregistrement électrophysiologique et dans la détection d'ions, tout en jetant les bases de l'intégration de circuits complémentaires dans de futurs systèmes bioélectroniques.