磁場閉じ込めプラズマ中で密度や温度が時空間的に激しく振動する「乱流」現象について、理論・数値シミュレーションによってその物理的特性や発達機構を解明する研究を行っています。特に、乱流中に現れる複雑で多様な空間構造を「先入観のない」基底関数で展開するデータ駆動型の解析により、従来とは異なる視点から乱流を眺めることで新たな性質を探ることを目指します。

• ○非線形量に寄与する空間構造を抽出する解析手法の開発
  プラズマ乱流で重要となる複数の場の間の非線形相関を、支配的に寄与する空間構造を抽出しつつ解析するための手法として、複数の場を同時に分解する「多重場特異値分解」を新たに提案しました。これにより、粒子流束や乱流場と流れ場の間の非線形相互作用を少ない次元で表現するとともに、どのような空間構造によって粒子やエネルギーのやり取りがなされるかを明らかにしました。(論文1, 論文2)
• ○乱流場の「情報エントロピー」の定義とその遷移構造
  特異値分解が量子情報の分野でもSchmidt分解として用いられることに着想を得て、乱流場における密度行列とそれに付随する情報量として、空間構造の複雑さの指標であるvon Neumannエントロピーと、非線形相互作用の縮約としてのエンタングルメント・エントロピーを定義しました。Hasegawa-Wakatani流体モデルへの適用(論文3)によりvon Neumannエントロピーにより新たな定常状態の分類がなされること、ジャイロ運動論シミュレーションへの適用(論文4)により位相空間での乱流場の複雑さが波数によって大域的に変化することを示しました。