Comment la mécanique quantique s'applique à l'électronique moderne
Transistors
Les transistors exploitent des effets quantiques – notamment l'effet tunnel des électrons – pour agir comme des vannes du courant électrique. Chaque transistor possède une base de cristal de germanium ou de silicium dopé d'impuretés. Lorsqu'un courant est appliqué, la base devient conductrice grâce à des effets quantiques ; sans courant, elle redevient isolante. Les transistors amplifient les signaux électriques (enceintes, casques) et, avec leurs deux états, permettent le codage binaire (0 et 1). Tout ordinateur électronique, de la calculette au smartphone, repose sur des transistors, dont la fabrication même utilise la mécanique quantique. Les avancées récentes rendent les transistors plus économes en énergie par un usage raffiné de l'effet tunnel.
Cellules photovoltaïques
Si vous possédez un chargeur solaire, vous utilisez l'effet photoélectrique : un photon frappe un semi-conducteur et déclenche une cascade d'électrons. Albert Einstein a reçu le prix Nobel pour l'explication mathématique de ce phénomène (bien qu'il soit plus connu pour la relativité). Les photons sont les quanta d'énergie électromagnétique.
Horlogerie de précision
Les appareils électroniques qui donnent l'heure utilisent un oscillateur à quartz basé sur l'effet piézoélectrique (quantique). Un minuscule courant fait absorber des électrons par le quartz, qui se dilate ; quand le courant cesse, il se contracte. Comme ce processus se produit à échelle microscopique, l'énergie nécessaire est infime. Pour une précision extrême, l'Observatoire naval américain utilise la désintégration du césium, un processus quantique au taux mesurable avec une exactitude absolue.
Lasers
« Laser » signifie « Amplification de lumière par émission stimulée de radiation ». Le laser de votre lecteur CD est autant un produit de la mécanique quantique que les transistors qui convertissent le signal en son. Pour créer un laser, on utilise l'effet photoélectrique à l'envers : on excite les électrons d'un matériau jusqu'à ce qu'ils libèrent un quantum d'énergie. Tous les photons émis ont la même fréquence, ce qui donne, dans le visible, une seule couleur pure.