The decoupling approach to quantum information theory

La théorie de l'information quantique étudie les limites fondamentales qu'imposent les lois de la physique sur les tâches de traitement de données comme la compression et la transmission de données sur un canal bruité. Cette thèse présente des techniques générales permettant de résoudre plusieurs problèmes fondamentaux de la théorie de l'information quantique dans un seul et même cadre. Le théorème central de cette thèse énonce l'existence d'un protocole permettant de transmettre des données quantiques que le receveur connaît déjà partiellement à l'aide d'une seule utilisation d'un canal quantique bruité. Ce théorème a de plus comme corollaires immédiats plusieurs théorèmes centraux de la théorie de l'information quantique. Les chapitres suivants utilisent ce théorème pour prouver l'existence de nouveaux protocoles pour deux autres types de canaux quantiques, soit les canaux de diffusion quantiques et les canaux quantiques avec information supplémentaire fournie au transmetteur. Ces protocoles traitent aussi de la transmission de données quantiques partiellement connues du receveur à l'aide d'une seule utilisation du canal, et ont comme corollaires des versions asymptotiques avec et sans intrication auxiliaire. Les versions asymptotiques avec intrication auxiliaire peuvent, dans les deux cas, être considérées comme des versions quantiques des meilleurs théorèmes de codage connus pour les versions classiques de ces problèmes. Le dernier chapitre traite d'un phénomène purement quantique appelé verrouillage: il est possible d'encoder un message classique dans un état quantique de sorte qu'en lui enlevant un sous-système de taille logarithmique par rapport à sa taille totale, on puisse s'assurer qu'aucune mesure ne puisse avoir de corrélation significative avec le message. Le message se trouve donc «verrouillé» par une clé de taille logarithmique. Cette thèse présente le premier protocole de verrouillage dont le critère de succès est que la distance trace entre la distribution jointe du message et du résultat de la mesure et le produit de leur marginales soit suffisamment petite.

Interactive quantum information theory

La théorie de l'information quantique s'est développée à une vitesse fulgurante au cours des vingt dernières années, avec des analogues et extensions des théorèmes de codage de source et de codage sur canal bruité pour la communication unidirectionnelle. Pour la communication interactive, un analogue quantique de la complexité de la communication a été développé, pour lequel les protocoles quantiques peuvent performer exponentiellement mieux que les meilleurs protocoles classiques pour certaines tâches classiques. Cependant, l'information quantique est beaucoup plus sensible au bruit que l'information classique. Il est donc impératif d'utiliser les ressources quantiques à leur plein potentiel. Dans cette thèse, nous étudions les protocoles quantiques interactifs du point de vue de la théorie de l'information et étudions les analogues du codage de source et du codage sur canal bruité. Le cadre considéré est celui de la complexité de la communication: Alice et Bob veulent faire un calcul quantique biparti tout en minimisant la quantité de communication échangée, sans égard au coût des calculs locaux. Nos résultats sont séparés en trois chapitres distincts, qui sont organisés de sorte à ce que chacun puisse être lu indépendamment. Étant donné le rôle central qu'elle occupe dans le contexte de la compression interactive, un chapitre est dédié à l'étude de la tâche de la redistribution d'état quantique. Nous prouvons des bornes inférieures sur les coûts de communication nécessaires dans un contexte interactif. Nous prouvons également des bornes atteignables avec un seul message, dans un contexte d'usage unique. Dans un chapitre subséquent, nous définissons une nouvelle notion de complexité de l'information quantique. Celle-ci caractérise la quantité d'information, plutôt que de communication, qu'Alice et Bob doivent échanger pour calculer une tâche bipartie. Nous prouvons beaucoup de propriétés structurelles pour cette quantité, et nous lui donnons une interprétation opérationnelle en tant que complexité de la communication quantique amortie. Dans le cas particulier d'entrées classiques, nous donnons une autre caractérisation permettant de quantifier le coût encouru par un protocole quantique qui oublie de l'information classique. Deux applications sont présentées: le premier résultat général de somme directe pour la complexité de la communication quantique à plus d'une ronde, ainsi qu'une borne optimale, à un terme polylogarithmique près, pour la complexité de la communication quantique avec un nombre de rondes limité pour la fonction « ensembles disjoints ». Dans un chapitre final, nous initions l'étude de la capacité interactive quantique pour les canaux bruités. Étant donné que les techniques pour distribuer de l'intrication sont bien étudiées, nous nous concentrons sur un modèle avec intrication préalable parfaite et communication classique bruitée. Nous démontrons que dans le cadre plus ardu des erreurs adversarielles, nous pouvons tolérer un taux d'erreur maximal de une demie moins epsilon, avec epsilon plus grand que zéro arbitrairement petit, et ce avec un taux de communication positif. Il s'ensuit que les canaux avec bruit aléatoire ayant une capacité positive pour la transmission unidirectionnelle ont une capacité positive pour la communication interactive quantique. Nous concluons avec une discussion de nos résultats et des directions futures pour ce programme de recherche sur une théorie de l'information quantique interactive.

Integrating information literacy in health sciences curricula: a case study from Québec

Objective: To portray an information literacy programme demonstrating a high level of integration in health sciences curricula and a teaching orientation aiming towards the development of lifelong learning skills. The setting is a French-speaking North American university. Methods: The offering includes standard workshops such as MEDLINE searching and specialised sessions such as pharmaceutical patents searching. A contribution to an international teaching collaboration in Haiti where workshops had to be thoroughly adapted to the clientele is also presented. Online guides addressing information literacy topics complement the programme. Results and evaluation: A small team of librarians and technicians taught 276 hours of library instruction during the 2011-2012 academic year. Methods used for evaluating information skills include scoring features of literature searches and user satisfaction surveys. Discussion: Privileged contacts between librarians and faculty resulting from embedded library instruction as well as from active participation in library committees result in a growing reputation of library services across academic departments and bring forth collaboration opportunities. Sustainability and evolution of the library instruction programme is warranted by frequent communication with partners in the clinical field, active involvement in academic networks and health library associations, and reflective professional strategies.

The utilitarian and hedonic outcomes of music information seeking in everyday life

This qualitative study focuses on what contributes to making a music information-seeking experience satisfying in the context of everyday life. Data were collected through in-depth interviews conducted with 15 younger adults (18 to 29 years old). The analysis revealed that satisfaction could depend on both hedonic (i.e., experiencing pleasure) and utilitarian outcomes. It was found that two types of utilitarian outcomes contributed to satisfaction: (1) the acquisition of music, and (2) the acquisition of information about music. Information about music was gathered to (1) enrich the listening experience, (2) increase one's music knowledge, and/or (3) optimize future acquisition. This study contributes to a better understanding of music information-seeking behavior in recreational contexts. It also has implications for music information retrieval systems design: results suggest that these systems should be engaging, include a wealth of extra-musical information, allow users to navigate among music items, and encourage serendipitous encountering of music.

Systematic analysis of protein complexes involved in the human RNA polymerase II machinery

La transcription, la maturation d’ARN, et le remodelage de la chromatine sont tous des processus centraux dans l'interprétation de l'information contenue dans l’ADN. Bien que beaucoup de complexes de protéines formant la machinerie cellulaire de transcription aient été étudiés, plusieurs restent encore à identifier et caractériser. En utilisant une approche protéomique, notre laboratoire a purifié plusieurs composantes de la machinerie de transcription de l’ARNPII humaine par double chromatographie d’affinité "TAP". Cette procédure permet l'isolement de complexes protéiques comme ils existent vraisemblablement in vivo dans les cellules mammifères, et l'identification de partenaires d'interactions par spectrométrie de masse. Les interactions protéiques qui sont validées bioinformatiquement, sont choisies et utilisées pour cartographier un réseau connectant plusieurs composantes de la machinerie transcriptionnelle. En appliquant cette procédure, notre laboratoire a identifié, pour la première fois, un groupe de protéines, qui interagit physiquement et fonctionnellement avec l’ARNPII humaine. Les propriétés de ces protéines suggèrent un rôle dans l'assemblage de complexes à plusieurs sous-unités, comme les protéines d'échafaudage et chaperonnes. L'objectif de mon projet était de continuer la caractérisation du réseau de complexes protéiques impliquant les facteurs de transcription. Huit nouveaux partenaires de l’ARNPII (PIH1D1, GPN3, WDR92, PFDN2, KIAA0406, PDRG1, CCT4 et CCT5) ont été purifiés par la méthode TAP, et la spectrométrie de masse a permis d’identifier de nouvelles interactions. Au cours des années, l’analyse par notre laboratoire des mécanismes de la transcription a contribué à apporter de nouvelles connaissances et à mieux comprendre son fonctionnement. Cette connaissance est essentielle au développement de médicaments qui cibleront les mécanismes de la transcription.

The Power and Promise of Developmental Systems Theory

I argue that it is time for many feminists to rethink their attitudes towards evolutionary biology, not because feminists have been wrong to be deeply sceptical about many of its claims, both explicit and implicit, but because biology itself has changed. A new appreciation for the importance of development in biology has become mainstream and a new ontology, associated with developmental systems theory (DST), has been introduced over the last two decades. This turn challenges some of the features of evolutionary biology that have most troubled feminists. DST undermines the idea of biologicales sence and challenges both nature /nurture and nature/culture distinctions. Freed from these conceptual constraints, evolutionary biology no longer poses the problems that have justified feminist scepticism. Indeed, feminists have already found useful applications for DST and I argue that they should expand their use of DST to support more radical and wide-ranging political theories.

Computational prediction of neural progenitor cell fates

Understanding how stem and progenitor cells choose between alternative cell fates is a major challenge in developmental biology. Efforts to tackle this problem have been hampered by the scarcity of markers that can be used to predict cell division outcomes. Here we present a computational method, based on algorithmic information theory, to analyze dynamic features of living cells over time. Using this method, we asked whether rat retinal progenitor cells (RPCs) display characteristic phenotypes before undergoing mitosis that could foretell their fate. We predicted whether RPCs will undergo a self-renewing or terminal division with 99% accuracy, or whether they will produce two photoreceptors or another combination of offspring with 87% accuracy. Our implementation can segment, track and generate predictions for 40 cells simultaneously on a standard computer at 5 min per frame. This method could be used to isolate cell populations with specific developmental potential, enabling previously impossible investigations.

Does Chance hide Necessity? : a reevaluation of the debate ‘determinism - indeterminism’ in the light of quantum mechanics and probability theory

Dans cette thèse l’ancienne question philosophique “tout événement a-t-il une cause ?” sera examinée à la lumière de la mécanique quantique et de la théorie des probabilités. Aussi bien en physique qu’en philosophie des sciences la position orthodoxe maintient que le monde physique est indéterministe. Au niveau fondamental de la réalité physique – au niveau quantique – les événements se passeraient sans causes, mais par chance, par hasard ‘irréductible’. Le théorème physique le plus précis qui mène à cette conclusion est le théorème de Bell. Ici les prémisses de ce théorème seront réexaminées. Il sera rappelé que d’autres solutions au théorème que l’indéterminisme sont envisageables, dont certaines sont connues mais négligées, comme le ‘superdéterminisme’. Mais il sera argué que d’autres solutions compatibles avec le déterminisme existent, notamment en étudiant des systèmes physiques modèles. Une des conclusions générales de cette thèse est que l’interprétation du théorème de Bell et de la mécanique quantique dépend crucialement des prémisses philosophiques desquelles on part. Par exemple, au sein de la vision d’un Spinoza, le monde quantique peut bien être compris comme étant déterministe. Mais il est argué qu’aussi un déterminisme nettement moins radical que celui de Spinoza n’est pas éliminé par les expériences physiques. Si cela est vrai, le débat ‘déterminisme – indéterminisme’ n’est pas décidé au laboratoire : il reste philosophique et ouvert – contrairement à ce que l’on pense souvent. Dans la deuxième partie de cette thèse un modèle pour l’interprétation de la probabilité sera proposé. Une étude conceptuelle de la notion de probabilité indique que l’hypothèse du déterminisme aide à mieux comprendre ce que c’est qu’un ‘système probabiliste’. Il semble que le déterminisme peut répondre à certaines questions pour lesquelles l’indéterminisme n’a pas de réponses. Pour cette raison nous conclurons que la conjecture de Laplace – à savoir que la théorie des probabilités présuppose une réalité déterministe sous-jacente – garde toute sa légitimité. Dans cette thèse aussi bien les méthodes de la philosophie que de la physique seront utilisées. Il apparaît que les deux domaines sont ici solidement reliés, et qu’ils offrent un vaste potentiel de fertilisation croisée – donc bidirectionnelle.

Anthropologie de la parenté : la méconnaissance de la perspective évolutionniste et ses conséquences sur la théorisation.

Pendant plus de cent ans, les anthropologues ont étudié les phénomènes de parenté tels que le mariage et la famille dans une grande diversité de sociétés humaines. En dépit de ces efforts, il y a clairement un manque de consensus concernant les notions de bases impliquées et plusieurs anthropologues sont insatisfaits de l’état actuel des connaissances théoriques offertes par leur discipline. Nous nous sommes donc demandé si la perspective culturaliste, qui ne tient pas compte des fondements biologiques du comportement humain et qui a dominé les études de parenté depuis leurs débuts, serait responsable de cet état de fait. Pour tester cette hypothèse, nous avons comparé deux corpus de connaissances portant sur les notions de base de la parenté humaine. Le premier s’appuie sur le contenu de sept manuels d’anthropologie ainsi que sur l’œuvre marquante de David M. Schneider « A Critique of the Study of Kinship » (1984). Le deuxième s’appuie sur des connaissances acquises dans une perspective évolutionniste portant sur les mêmes phénomènes. Les résultats de cette analyse comparative indiquent que les anthropologues méconnaissent l’influence de la biologie sur la parenté et que l’intégration des connaissances existantes à ce sujet dans les théories anthropologiques permettrait de résoudre les principaux problèmes identifiés.

Essays in economics of information

Cette thèse est une collection de trois articles en économie de l'information. Le premier chapitre sert d'introduction et les Chapitres 2 à 4 constituent le coeur de l'ouvrage. Le Chapitre 2 porte sur l’acquisition d’information sur l’Internet par le biais d'avis de consommateurs. En particulier, je détermine si les avis laissés par les acheteurs peuvent tout de même transmettre de l’information à d’autres consommateurs, lorsqu’il est connu que les vendeurs peuvent publier de faux avis à propos de leurs produits. Afin de comprendre si cette manipulation des avis est problématique, je démontre que la plateforme sur laquelle les avis sont publiés (e.g. TripAdvisor, Yelp) est un tiers important à considérer, autant que les vendeurs tentant de falsifier les avis. En effet, le design adopté par la plateforme a un effet indirect sur le niveau de manipulation des vendeurs. En particulier, je démontre que la plateforme, en cachant une partie du contenu qu'elle détient sur les avis, peut parfois améliorer la qualité de l'information obtenue par les consommateurs. Finalement, le design qui est choisi par la plateforme peut être lié à la façon dont elle génère ses revenus. Je montre qu'une plateforme générant des revenus par le biais de commissions sur les ventes peut être plus tolérante à la manipulation qu'une plateforme qui génère des revenus par le biais de publicité. Le Chapitre 3 est écrit en collaboration avec Marc Santugini. Dans ce chapitre, nous étudions les effets de la discrimination par les prix au troisième degré en présence de consommateurs non informés qui apprennent sur la qualité d'un produit par le biais de son prix. Dans un environnement stochastique avec deux segments de marché, nous démontrons que la discrimination par les prix peut nuire à la firme et être bénéfique pour les consommateurs. D'un côté, la discrimination par les prix diminue l'incertitude à laquelle font face les consommateurs, c.-à-d., la variance des croyances postérieures est plus faible avec discrimination qu'avec un prix uniforme. En effet, le fait d'observer deux prix (avec discrimination) procure plus d'information aux consommateurs, et ce, même si individuellement chacun de ces prix est moins informatif que le prix uniforme. De l'autre côté, il n'est pas toujours optimal pour la firme de faire de la discrimination par les prix puisque la présence de consommateurs non informés lui donne une incitation à s'engager dans du signaling. Si l'avantage procuré par la flexibilité de fixer deux prix différents est contrebalancé par le coût du signaling avec deux prix différents, alors il est optimal pour la firme de fixer un prix uniforme sur le marché. Finalement, le Chapitre 4 est écrit en collaboration avec Sidartha Gordon. Dans ce chapitre, nous étudions une classe de jeux où les joueurs sont contraints dans le nombre de sources d'information qu'ils peuvent choisir pour apprendre sur un paramètre du jeu, mais où ils ont une certaine liberté quant au degré de dépendance de leurs signaux, avant de prendre une action. En introduisant un nouvel ordre de dépendance entre signaux, nous démontrons qu'un joueur préfère de l'information qui est la plus dépendante possible de l'information obtenue par les joueurs pour qui les actions sont soit, compléments stratégiques et isotoniques, soit substituts stratégiques et anti-toniques, avec la sienne. De même, un joueur préfère de l'information qui est la moins dépendante possible de l'information obtenue par les joueurs pour qui les actions sont soit, substituts stratégiques et isotoniques, soit compléments stratégiques et anti-toniques, avec la sienne. Nous établissons également des conditions suffisantes pour qu'une structure d'information donnée, information publique ou privée par exemple, soit possible à l'équilibre.