Co to jest elektronika kwantowa?
W dziedzinie elektroniki kwantowej naukowcy badają interakcję promieniowania i materii na poziomie kwantowym. Wykorzystując wiedzę z elektroniki i fizyki, naukowcy w tej dziedzinie dokonali wielu postępów w fizyce optycznej i radiowej. Maszyny takie jak amplifikacja światła przez stymulowaną emisję promieniowania (laser) i amplifikacja mikrofalowa przez stymulowaną emisję promieniowania (MASER) są szczególnie przydatne w dziedzinie elektroniki kwantowej.
Teoria kwantowa jest akceptowana przez naukowców jako podstawową teorię fizyki, która jednoczy wszystkie urządzenia fizyczne. Jako takie, każde urządzenie elektroniczne może być uważane za urządzenie elektroniczne kwantowe. Jednak większość naukowców rozumie kwantowe urządzenia elektroniczne jako tylko te urządzenia, które stymulują przejścia między poziomami energii kwantowej. Lasery i masery są głównymi urządzeniami stosowanymi w elektronice kwantowej, ponieważ każdy z tych skupia energię na ciasną, skoncentrowaną wiązkę. Tranzystory i nadprzewodnicy mogą korzystać z PrinCiples mechaniki kwantowej, ale zwykle nie są uważane za kwantowe urządzenia elektroniczne.
W elektronice kwantowej przejścia między poziomami energii kwantowej mają szczególny import. Atomy, cząsteczki i inne układy kwantowe zawierają wzbudzone cząstki. Systemy te mogą zawierać tylko pewne, ściśle zdefiniowane ilości energii. Kiedy system wydziela promieniowanie elektromagnetyczne, w postaci fali światła lub radiu, przesuwa się z wyższego poziomu energii do niższego. Lasery i masery mogą być wykorzystane do wzbudzenia tych atomów lub cząsteczek w wyższe stany energii.
Lasery są jednym z głównych urządzeń stosowanych w elektronice kwantowej. Maszyny te promieniują fale światła w skoncentrowanej wiązce w wąskim zakresie promieniowania. To sprawia, że światło, które laser emituje monochromatyczny, podczas gdy większość źródeł światła emituje wiele kolorów światła, nawet jeśli światło wydaje się tylko zawierać okojeden 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 gazach korozyjnych i próżni. Są one przydatne w mierzeniu odległości z dużą dokładnością, komunikacją optyczną i fuzją termojądrową.
Innym narzędziem, które jest powszechnie używane w elektronice kwantowej, jest maser. Urządzenia te emitują promieniowanie mikrofalowe w skoncentrowanej wiązce. Częstotliwość tych mikrofalów jest stabilna i nie pogarsza się tak łatwo, jak robią to standardowe mikrofalowe. Zastosowanie tego urządzenia pozwala wieżom komunikacyjnym, które emitują fale dźwiękowe w zakresie promieniowania mikrofalowego wysyłanie informacji na duże odległości z niewielkimi zniekształceniami.