東京工業大学の研究グループは，フェムト秒光パルスを利用した超高速量子経路干渉法を用いて，半導体単結晶における電子デコヒーレンス時間の計測に成功し，さらに光誘起電子のデコヒーレンス過程は周りの電子との衝突によることを明らかにした（ニュースリリース）。

量子コヒーレンスは，量子力学特有の重ね合わせ状態が持つ特質であり，量子コンピュータや量子情報通信などの新しい量子技術に利用されている。量子コヒーレンスが環境との相互作用によって失われることは，デコヒーレンスと呼ばれている。固体中においては，デコヒーレンスは非常に急速に起こるため，その定量的な評価（特に電子デコヒーレンスについて）は極めて難しかった。

研究グループは，ガリウム（Ga）とヒ素（As）からなる半導体単結晶を対象とし，超高速量子経路干渉法を用いて電子状態の干渉の計測を行なった。この計測法では，2つのフェムト秒光パルスをタイミングをずらして試料に照射する。

1番目の光パルス（励起光）で作った量子状態（電子状態とフォノン状態）と時間が遅れて照射される2番目の光パルス（制御光）で作った量子状態が干渉する。干渉の影響を受けたフォノン振動は，さらに別の光パルス（観測光）の反射率変化として計測できる。

この実験は，励起光と制御光の時間遅延を300アト秒間隔で制御し，相対偏光角度を45度にして行なった。その結果，フォノン強度に時間遅延の関数として干渉縞が観測された。

この干渉縞は，約2.7 fs周期の電子干渉縞と約116fs周期のフォノン干渉縞で構成されている。このうち電子干渉縞には，遅延時間55fs付近に三角形状の持ち上がりがみられた。

温度が下がるに従って，この三角形の底辺と高さは大きくなる。この温度による干渉形状の変化は，電子デコヒーレンス時間の変化によるものであり，簡単な量子モデル計算と合わせることで再現できた。

この実験で得られた三角形状の持ち上がりの高さと幅から，試料温度10K，90K，290Kにおける，電子デコヒーレンス時間を定量的に求めることに成功した。この電子デコヒーレンス時間の温度依存性は，光励起電子が自由電子近似での運動量を持って，周りの熱的電子と衝突するとしたモデルで理論計算すると，よく再現された。このことから，光誘起電子のデコヒーレンス過程は周りの電子との衝突によることが確かめられた。

研究グループは，今回の成果は，これまで不明だった固体中の量子デコヒーレンス過程の解明につながるものであり，今後の量子情報技術発展の基礎を固めるものだとしている。