Nel campo dell’elettronica quantistica, gli scienziati studiano l’interazione tra radiazione e materia a livello quantistico. Utilizzando le conoscenze dell’elettronica e della fisica, gli scienziati in questo campo hanno fatto molti progressi nell’ottica e nella fisica radiofonica. Macchine come l’amplificazione della luce per emissione stimolata di radiazioni (laser) e l’amplificazione delle microonde per emissione stimolata di radiazioni (maser) sono particolarmente utili nel campo dell’elettronica quantistica.
La teoria quantistica è accettata dagli scienziati come la teoria di base della fisica che unifica tutti i dispositivi fisici. In quanto tale, qualsiasi dispositivo elettronico può essere considerato un dispositivo elettronico quantistico. La maggior parte degli scienziati, tuttavia, ritiene che i dispositivi elettronici quantistici siano solo quei dispositivi che stimolano le transizioni tra i livelli di energia quantistica. Laser e maser sono i dispositivi principali utilizzati nell’elettronica quantistica, poiché ciascuno di questi concentra l’energia in un raggio stretto e focalizzato. Transistor e superconduttori possono utilizzare i principi della meccanica quantistica, ma di solito non sono considerati dispositivi elettronici quantistici.
Nell’elettronica quantistica, le transizioni tra i livelli di energia quantistica sono di particolare importanza. Atomi, molecole e altri sistemi quantistici contengono particelle eccitate. Questi sistemi possono contenere solo determinate quantità di energia rigorosamente definite. Quando un sistema emette radiazioni elettromagnetiche, sotto forma di luce o onde radio, si sposta da un livello energetico superiore a uno inferiore. Laser e maser possono essere utilizzati per eccitare questi atomi o molecole in stati di energia più elevati.
I laser sono uno dei principali dispositivi utilizzati nell’elettronica quantistica. Queste macchine irradiano onde luminose in un raggio focalizzato all’interno di una gamma ristretta di radiazioni. Ciò rende la luce emessa da un laser monocromatica, mentre la maggior parte delle sorgenti luminose emette più colori di luce, anche se la luce sembra all’occhio contenere un solo colore.
I laser sono importanti sia nella ricerca che nella risoluzione di problemi pratici. La luce di un laser non diffonde calore e manca di carica elettrica. Un laser può funzionare all’interno di gas corrosivi e nel vuoto. Sono utili per misurare la distanza con grande precisione, comunicazioni ottiche e fusione termonucleare.
Un altro strumento comunemente usato nell’elettronica quantistica è il maser. Questi dispositivi emettono radiazioni a microonde in un raggio focalizzato. La frequenza di queste microonde è stabile e non si deteriora facilmente come fanno le microonde standard. L’applicazione di questa macchina consente alle torri di comunicazione che emettono onde sonore nella gamma delle radiazioni a microonde di inviare informazioni a grandi distanze con poca distorsione.