Che cos'è l'elettronica quantistica?
Nel campo dell'elettronica quantistica, gli scienziati studiano l'interazione delle radiazioni e della materia a livello quantico. Utilizzando le conoscenze dell'elettronica e della fisica, gli scienziati in questo campo hanno fatto molti progressi nell'ottica e nella fisica della radio. Macchine come l'amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazioni (laser) e l'amplificazione a microonde mediante emissione stimolata di radiazione (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. Pertanto, qualsiasi dispositivo elettronico può essere considerato un dispositivo elettronico quantistico. La maggior parte degli scienziati, tuttavia, capisce che i dispositivi elettronici quantistici sono solo quei dispositivi che stimolano le transizioni tra i livelli di energia quantistica. Laser e maser sono i dispositivi primari utilizzati nell'elettronica quantistica, poiché ciascuno di questi concentra l'energia in un raggio stretto e focalizzato. Transistor e superconduttori possono usare 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 onde luminose o radio, passa da un livello di energia superiore a uno inferiore. Laser e maser possono essere utilizzati per eccitare questi atomi o molecole in stati energetici 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. Questo rende la luce emessa da un laser monocromatico, mentre la maggior parte delle sorgenti luminose emette più colori di luce, anche se la luce sembra agli occhi contenere solo un 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 che viene comunemente utilizzato 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 le microonde standard. L'applicazione di questa macchina consente alle torri di comunicazione che emettono onde sonore nella gamma di radiazioni a microonde di inviare informazioni a grandi distanze con poca distorsione.