Co to jest elektronika kwantowa?

W dziedzinie elektroniki kwantowej naukowcy badają oddziaływanie promieniowania i materii na poziomie kwantowym. Wykorzystując wiedzę z elektroniki i fizyki, naukowcy w tej dziedzinie dokonali wielu postępów w optyce i fizyce radiowej. Maszyny takie jak wzmocnienie światła przez stymulowaną emisję promieniowania (laser) i wzmocnienie mikrofalowe poprzez stymulację emisji promieniowania (maser) są szczególnie przydatne w dziedzinie elektroniki kwantowej.

Teoria kwantowa jest akceptowana przez naukowców jako podstawowa teoria fizyki, która jednoczy wszystkie urządzenia fizyczne. Jako takie, każde urządzenie elektroniczne można uznać za kwantowe urządzenie elektroniczne. Jednak większość naukowców rozumie kwantowe urządzenia elektroniczne jako tylko te urządzenia, które stymulują przejścia między poziomami energii kwantowej. Lasery i masery to podstawowe urządzenia stosowane w elektronice kwantowej, ponieważ każde z nich skupia energię w ciasną, skupioną wiązkę. Tranzystory i nadprzewodniki mogą wykorzystywać zasady mechaniki kwantowej, ale zwykle nie są uważane za kwantowe urządzenia elektroniczne.

W elektronice kwantowej szczególnie ważne są przejścia między poziomami energii kwantowej. Atomy, cząsteczki i inne układy kwantowe zawierają wzbudzone cząsteczki. Systemy te mogą zawierać tylko określone, ściśle określone ilości energii. Kiedy system emituje promieniowanie elektromagnetyczne, w postaci fal świetlnych lub radiowych, przechodzi z wyższego poziomu energii na niższy. Lasery i masery mogą być użyte do wzbudzenia tych atomów lub cząsteczek w wyższe stany energii.

Lasery są jednym z głównych urządzeń stosowanych w elektronice kwantowej. Maszyny te emitują fale świetlne w skupionej wiązce w wąskim zakresie promieniowania. To sprawia, że ​​światło emitowane przez laser jest monochromatyczne, podczas gdy większość źródeł światła emituje wiele kolorów światła, nawet jeśli wydaje się, że światło zawiera tylko jeden kolor.

Lasery są ważne zarówno w badaniach, jak i rozwiązywaniu problemów praktycznych. Światło z lasera nie rozprasza ciepła i nie ma ładunku elektrycznego. Laser może działać w żrących gazach i w próżni. Są przydatne do pomiaru odległości z dużą dokładnością, komunikacji optycznej i fuzji termojądrowej.

Innym narzędziem powszechnie stosowanym w elektronice kwantowej jest maser. Urządzenia te emitują promieniowanie mikrofalowe w skupionej wiązce. Częstotliwość tych mikrofal jest stabilna i nie pogarsza się tak łatwo, jak standardowe mikrofale. Zastosowanie tego urządzenia umożliwia wieżom komunikacyjnym, które emitują fale dźwiękowe w zakresie promieniowania mikrofalowego, przesyłanie informacji na duże odległości przy niewielkich zniekształceniach.