Di bidang elektronika kuantum, para ilmuwan mempelajari interaksi radiasi dan materi pada tingkat kuantum. Memanfaatkan pengetahuan dari elektronik dan fisika, para ilmuwan di bidang ini telah membuat banyak kemajuan dalam optik dan fisika radio. Mesin seperti Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (laser) dan Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation (maser) sangat berguna dalam bidang elektronika kuantum.
Teori kuantum diterima oleh para ilmuwan sebagai teori dasar fisika yang menyatukan semua perangkat fisik. Dengan demikian, perangkat elektronik apa pun dapat dianggap sebagai perangkat elektronik kuantum. Kebanyakan ilmuwan, bagaimanapun, memahami perangkat elektronik kuantum hanya perangkat yang merangsang transisi antara tingkat energi kuantum. Laser dan maser adalah perangkat utama yang digunakan dalam elektronika kuantum, karena masing-masing memfokuskan energi menjadi sinar terfokus yang rapat. Transistor dan superkonduktor dapat menggunakan prinsip-prinsip mekanika kuantum, tetapi mereka biasanya tidak dianggap sebagai perangkat elektronik kuantum.
Dalam elektronika kuantum, transisi antara tingkat energi kuantum sangat penting. Atom, molekul, dan sistem kuantum lainnya mengandung partikel tereksitasi. Sistem ini hanya dapat berisi jumlah energi tertentu yang didefinisikan secara ketat. Ketika suatu sistem mengeluarkan radiasi elektromagnetik, dalam bentuk cahaya atau gelombang radio, ia bergerak dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah. Laser dan maser dapat digunakan untuk mengeksitasi atom atau molekul ini ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Laser adalah salah satu perangkat utama yang digunakan dalam elektronika kuantum. Mesin ini memancarkan gelombang cahaya dalam sinar terfokus dalam kisaran radiasi yang sempit. Hal ini membuat cahaya yang dipancarkan laser monokromatik, sedangkan sebagian besar sumber cahaya memancarkan banyak warna cahaya, bahkan jika cahaya tampak oleh mata hanya berisi satu warna.
Laser penting dalam penelitian dan pemecahan masalah praktis. Cahaya dari laser tidak menyebarkan panas dan tidak memiliki muatan listrik. Laser dapat beroperasi dalam gas korosif dan dalam ruang hampa. Mereka berguna dalam mengukur jarak dengan akurasi tinggi, komunikasi optik dan fusi termonuklir.
Alat lain yang umum digunakan dalam elektronika kuantum adalah maser. Perangkat ini memancarkan radiasi gelombang mikro dalam sinar terfokus. Frekuensi gelombang mikro ini stabil dan tidak mudah rusak seperti gelombang mikro standar. Penerapan mesin ini memungkinkan menara komunikasi yang memancarkan gelombang suara dalam kisaran radiasi gelombang mikro untuk mengirim informasi jarak jauh dengan sedikit distorsi.