もつれ合うプラズマの渦と流れを『情報』で読み解く~量子情報理論にヒントを得た乱流構造の解析手法~

ad

2025-06-02 核融合科学研究所, 駒澤大学,科学技術振興機構,総合研究大学院大学,理化学研究所

もつれ合うプラズマの渦と流れを『情報』で読み解く~量子情報理論にヒントを得た乱流構造の解析手法~

核融合科学研究所らの研究チームは、量子情報理論の概念を応用し、プラズマ乱流の解析手法を開発しました。従来のエネルギー解析では捉えにくかった乱流の状態遷移や渦の相互作用を、情報エントロピーの視点から明らかにしました。この手法は、プラズマの乱流に限らず、大気・海洋・社会システムなど、複雑な流れを持つ他の分野への応用も期待されます。研究成果は米国の科学雑誌『Physical Review Research』に掲載されました。

<関連情報>

多視野乱流における量子に触発された情報エントロピー Quantum-inspired information entropy in multifield turbulence

Go Yatomi and Motoki Nakata
Physical Review Research  Accepted: 11 April, 2025

Abstract

An information entropy for turbulence systems with multiple field quantities is formulated, as a new paradigm to explore the nonlinear dynamics and pattern formations. Combining quantum state descriptions in quantum mechanics into the turbulence field analysis, the von Neumann entropy (vNE) and the entanglement entropy (EE) are derived from a density matrix for the turbulence state in terms of the multi-field singular value decomposition (MFSVD). Applying the information-theoretic entropy analyses to spatio-temporal dynamics in turbulent plasmas with phase-transition-like behavior, we discover a new nontrivial transition threshold regarding the vNE, which significantly deviates from the transition threshold of the field energy considered in the conventional approaches. These findings provide us with physically more diverse classifications of the turbulence state from the new perspective of ‘’information’’, in addition to the energetics of turbulent vortices. It is also revealed that the EE for nonlinear interactions in turbulence extracts the information regarding the strength of nonlinear mode couplings and the direction of net energy transfer. A plausible application of the EE to the turbulence measurements is demonstrated, as well as the associated reconstruction technique for fluctuation fields.

1700応用理学一般
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました