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.

Nouvelles stratégies pour l’analyse des cyanotoxines par spectrométrie de masse

Les cyanobactéries ont une place très importante dans les écosystèmes aquatiques et un nombre important d’espèces considéré comme nuisible de par leur production de métabolites toxiques. Ces cyanotoxines possèdent des propriétés très variées et ont souvent été associées à des épisodes d’empoisonnement. L’augmentation des épisodes d’efflorescence d’origine cyanobactériennes et le potentiel qu’ils augmentent avec les changements climatiques a renchéri l’intérêt de l’étude des cyanobactéries et de leurs toxines. Considérant la complexité chimique des cyanotoxines, le développement de méthodes de détection simples, sensibles et rapides est toujours considéré comme étant un défi analytique. Considérant ces défis, le développement de nouvelles approches analytiques pour la détection de cyanotoxines dans l’eau et les poissons ayant été contaminés par des efflorescences cyanobactériennes nuisibles a été proposé. Une première approche consiste en l’utilisation d’une extraction sur phase solide en ligne couplée à une chromatographie liquide et à une détection en spectrométrie de masse en tandem (SPE-LC-MS/MS) permettant l’analyse de six analogues de microcystines (MC), de l’anatoxine (ANA-a) et de la cylindrospermopsine (CYN). La méthode permet une analyse simple et rapide et ainsi que la séparation chromatographique d’ANA-a et de son interférence isobare, la phénylalanine. Les limites de détection obtenues se trouvaient entre 0,01 et 0,02 μg L-1 et des concentrations retrouvées dans des eaux de lacs du Québec se trouvaient entre 0,024 et 36 μg L-1. Une deuxième méthode a permis l’analyse du b-N-méthylamino-L-alanine (BMAA), d’ANA-a, de CYN et de la saxitoxine (STX) dans les eaux de lac contaminés. L’analyse de deux isomères de conformation du BMAA a été effectuée afin d’améliorer la sélectivité de la détection. L’utilisation d’une SPE manuelle permet la purification et préconcentration des échantillons et une dérivatisation à base de chlorure de dansyle permet une chromatographie simplifiée. L’analyse effectuée par LC couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) et des limites de détections ont été obtenues entre 0,007 et 0,01 µg L-1. Des échantillons réels ont été analysés avec des concentrations entre 0,01 et 0,3 µg L-1 permettant ainsi la confirmation de la présence du BMAA dans les efflorescences de cyanobactéries au Québec. Un deuxième volet du projet consiste en l’utilisation d’une technologie d’introduction d’échantillon permettant des analyses ultra-rapides (< 15 secondes/échantillons) sans étape chromatographique, la désorption thermique à diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) et à la spectrométrie de masse (MS). Un premier projet consiste en l’analyse des MC totales par l’intermédiaire d’une oxydation de Lemieux permettant un bris de la molécule et obtenant une fraction commune aux multiples congénères existants des MC. Cette fraction, le MMPB, est analysée, après une extraction liquide-liquide, par LDTD-APCI-MS/MS. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et des concentrations entre 1 et 425 µg L-1 ont été trouvées dans des échantillons d’eau de lac contaminés du Québec. De plus, une analyse en parallèle avec des étalons pour divers congénères des MC a permis de suggérer la possible présence de congénères ou d’isomères non détectés. Un deuxième projet consiste en l’analyse directe d’ANA-a par LDTD-APCI-HRMS pour résoudre son interférence isobare, la phénylalanine, grâce à la détection à haute résolution. La LDTD n’offre pas de séparation chromatographique et l’utilisation de la HRMS permet de distinguer les signaux d’ANA-a de ceux de la phénylalanine. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et la méthode a été appliquée sur des échantillons réels d’eau avec un échantillon positif en ANA-a avec une concentration de 0,21 µg L-1. Finalement, à l’aide de la LDTD-APCI-HRMS, l’analyse des MC totales a été adaptée pour la chair de poisson afin de déterminer la fraction libre et liée des MC et comparer les résultats avec des analyses conventionnelles. L’utilisation d’une digestion par hydroxyde de sodium précédant l’oxydation de Lemieux suivi d’une purification par SPE a permis d’obtenir une limite de détection de 2,7 µg kg-1. Des échantillons de poissons contaminés ont été analysés, on a retrouvé des concentrations en MC totales de 2,9 et 13,2 µg kg-1 comparativement aux analyses usuelles qui avaient démontré un seul échantillon positif à 2 µg kg-1, indiquant la possible présence de MC non détectés en utilisant les méthodes conventionnelles.

Studies on natural rubber-bound diphenylamine antioxidants

Diphenylamine was chemically attached to depolymerised natural rubber by photochemical reaction. The rubber-bound diphenylamine was characterised by TLC, HNMR, IR and TGA. The efficiency and permanence of the bound diphenylamine was compared with conventional amine type antioxidant in natural rubber vulcanizates. The rubber-bound diphenylamine was found to be less volatile and less extractable compared to the conventional antioxidant. The vulcanizates showed improved ageing resistance in comparison to vulcanizates containing conventional antioxidant . Also, the presence of liquid rubber-bound diphenylamine reduces the amount of plasticiser required for compounding.

Studies on rubber bound antioxidants

Antioxidants were attached to hydroxy-terminated liquid natural rubber by modified Friedel-Crafts alkylation reaction using anhydrous zinc chloride as catalyst. The rubber bound antioxidants were found to be less volatile and less extractable compared to conventional antioxidants. The bound antioxidants were tried both in latex compounds and dry rubber compounds. The vulcanizates showed improved ageing resistance compared to vulcanizates based on conventional antioxidants.

Studies on Natural Rubber Bound Para -Phenylenediamine Antioxidants in NBR

Para-phenylenediamine (PD) was chemically attached to depolymerized natural rubber by a photochemical reaction . The rubber bound PD was characterized by TLC, 1H-NMR, IR, and TGA. The efficiency and permanence of the bound PD were compared with conventional antioxidants in NBR vulcanizates . The rubber bound PD was found to be less volatile and more resistant to water and oil extraction . The vulcanizates showed improved aging resistance in comparison to vulcanizates containing conventional antioxidants. The liquid rubber bound antioxidant reduces the amount of plasticizer required for compounding

New oligomer-bound antioxidants for improved flex crack resistance and ozone resistance

New oligomer-bound antioxidants have been prepared by condensation reaction. The efficiency and permanence of these oligomer- bound paraphenylene diamines as antioxidants has been compared with conventional amine type antioxidants in NR, SBR, IIR and NBR and in elastomer blends like NR/BR and NR/SBR. The oligomer-bound antioxidants are found to impart improved ozone, flex resistance and mechanical properties to the vulcanizates of NR, SBR, IIR and NBR and to blends of NR/BR and NR/ SBR in comparison with those containing conventional antioxidants.

Synthesis and Characterization of Chlorinated Paraffin Wax-Bound Paraphenylenediamine Antioxidant and ItsApplication in Natural Rubber

ABSTRACT: p-Phenylenediamine was chemically attached to low molecular weight chlorinated paraffin wax. The polymer-bound p-phenylenediamine was characterized by vapor-phase osmometry (VPO), proton magnetic resonance spectroscopy ('H-NMR), infrared spectroscopy (IR), and thermogravimetric analysis (TGA). The efficiency and permanence of the polymer-bound p-phenylenediamine as an antioxidant was compared with a conventional amine-type antioxidant in natural rubber vulcanizates. The vulcanizates showed improved aging resistance in comparison to vulcanizates containing a conventional antioxidant. The presence of liquid polymer-bound p-phenylenediamine also reduces the amount of the plasticizer required for compounding.

Preparation and Characterisation of Novel Polymer Bound Phenolic Antioxidants and Its Use in Natural Rubber

ABSTRACT: Phenol was chemically attached to low molecular weight chlorinated polyisobutylene and stearic acid respectively. These phenolic antioxidants were characterised by IR, 1H NMR and TGA. The efficiency and permanence of these bound antioxidants were compared with conventional antioxidants in natural rubber vulcanisates. The vulcanisates showed comparable ageing resistance in comparison to vulcanisates containing conventional antioxidants. The presence of liquid polymer bound phenol reduce the amount of plasticiser required for compounding.

Synthesis,Characterisation and Uses of Polymer-bound Antioxidants

Department of Polymer Science and Rubber Technology,Cochin University of Science and Technology

Studies on Pseudoscalar Meson Bound States and Semileptonic Decays in a Relativistic Potential Model

In this thesis quark-antiquark bound states are considered using a relativistic two-body equation for Dirac particles. The mass spectrum of mesons includes bound states involving two heavy quarks or one heavy and one light quark. In order to analyse these states within a unified formalism, it is desirable to have a two-fermion equation that limits to one body Dirac equation with a static interaction for the light quark when the other particle's mass tends to infinity. A suitable two-body equation has been developed by Mandelzweig and Wallace. This equation is solved in momentum space and is used to describe the complete spectrum of mesons. The potential used in this work contains a short range one-gluon exchange interaction and a long range linear confining and constant potential terms. This model is used to investigate the decay processes of heavy mesons. Semileptonic decays are more tractable since there is no final state interactions between the leptons and hadrons that would otherwise complicate the situation. Studies on B and D meson decays are helpful to understand the nonperturbative strong interactions of heavy mesons, which in turn is useful to extract the details of weak interaction process. Calculation of form factors of these semileptonic decays of pseudo scalar mesons are also presented.

Complexity quantification of dense array EEG using sample entropy analysis

n this paper, a time series complexity analysis of dense array electroencephalogram signals is carried out using the recently introduced Sample Entropy (SampEn) measure. This statistic quantifies the regularity in signals recorded from systems that can vary from the purely deterministic to purely stochastic realm. The present analysis is conducted with an objective of gaining insight into complexity variations related to changing brain dynamics for EEG recorded from the three cases of passive, eyes closed condition, a mental arithmetic task and the same mental task carried out after a physical exertion task. It is observed that the statistic is a robust quantifier of complexity suited for short physiological signals such as the EEG and it points to the specific brain regions that exhibit lowered complexity during the mental task state as compared to a passive, relaxed state. In the case of mental tasks carried out before and after the performance of a physical exercise, the statistic can detect the variations brought in by the intermediate fatigue inducing exercise period. This enhances its utility in detecting subtle changes in the brain state that can find wider scope for applications in EEG based brain studies.

Continuum bound states as surface states of a finite periodic system

We discuss the relation between continuum bound states (CBSs) localized on a defect, and surface states of a finite periodic system. We model an experiment of Capasso et al. [F. Capasso, C. Sirtori, J. Faist, D. L. Sivco, S-N. G. Chu, and A. Y. Cho, Nature (London) 358, 565 (1992)] using the transfer-matrix method. We compute the rate for intrasubband transitions from the ground state to the CBS and derive a sum rule. Finally we show how to improve the confinement of a CBS while keeping the energy fixed.

Studies on Polymer Bound Antioxidants

The primary aim of this work has been to prepare efficient and cost effective polymer bound antioxidants by direct’ attachment of conventional antioxidants to a modified polymer. Due to the importance and easy availability of natural rubber in Kerala, it is proposed to make use of low molecular weight natural rubber as the polymer substrate for binding the antioxidant in most cases. The molecular weight of such low molecular weight natural rubber can be easily manipulated by varying the time of mastication, UV—irradiation etc. Further, the bound antioxidant may also get vulcanized during the vulcanization of the elastomer to which it is added, making the antioxidant non—volatile and non extractable. Several methods are proposed to be investigated for attaching the antioxidant to the low molecular weight natural rubber such as modified Friedel-Craft's alkylation reaction, binding during UV—irradiation, binding during aggressive mastication etc. The efficiency of such rubber bound antioxidants is proposed to be compared with that of conventional antioxidants in terms of volatility, extractability in solvents, ageing resistance etc. Naturally occuring antioxidants such as cardanol, are also proposed to be modified by binding them to low molecular weight natural rubber. The study is undertaken with the intention of generating a class of bound antioxidants which can be used in elastomers for aggressive and long term application.

On the Gap-Complexity of Simple RL-Automata

Analysis by reduction is a method used in linguistics for checking the correctness of sentences of natural languages. This method is modelled by restarting automata. All types of restarting automata considered in the literature up to now accept at least the deterministic context-free languages. Here we introduce and study a new type of restarting automaton, the so-called t-RL-automaton, which is an RL-automaton that is rather restricted in that it has a window of size one only, and that it works under a minimal acceptance condition. On the other hand, it is allowed to perform up to t rewrite (that is, delete) steps per cycle. Here we study the gap-complexity of these automata. The membership problem for a language that is accepted by a t-RL-automaton with a bounded number of gaps can be solved in polynomial time. On the other hand, t-RL-automata with an unbounded number of gaps accept NP-complete languages.