Kvantu aka tiek izmantota, lai ierobežotu elektronus noteiktos enerģijas līmeņos. Kvantu akas sastāv no ārkārtīgi plāna pusvadītāja ar nelielu joslas atstarpi, kas atrodas starp materiālu ar lielāku joslas atstarpi. Tie ir ārkārtīgi mazi, parasti no 1 līdz 20 nanometriem. Visbiežāk tos izmanto lāzerdiodēs un infrasarkanajā attēlveidošanā.
Šajā labi tiek izmantotas elektronu uzvedības īpašības un joslu spraugas. Joslu spraugas ir apgabali elektronu orbitālē starp pamatstāvokli, kur elektroni parasti atrodas, un vadīšanas joslu, augstākas enerģijas orbitāles, uz kurām elektroni pārvietojas, kad tie ir ierosināti. Atstarpes ir šķēršļi starp pamatstāvokļa joslām un vadītspējas joslām, kas neļauj elektroniem sasniegt vadītspējas joslu, neiegūstot vairāk enerģijas, nekā tiem ir pamatstāvokļos. Jo lielāka ir joslas sprauga, jo vairāk enerģijas ir nepieciešams, lai elektroni pārlēktu šo spraugu un sasniegtu vadītspējas joslu.
Kad elektrons sasniedz vadītspējas joslu, tas atbrīvo savu lieko enerģiju un atgriežas pamatstāvoklī. Novietojot mikroskopiski plānu pusvadītāju starp materiālu ar pārāk platām joslu spraugām, lai elektroni varētu viegli lēkt, zinātnieki var piespiest elektronus palikt plānā pusvadītāja divdimensiju zonā. Elektronu notveršana šādā veidā ļauj veikt specifiskas enerģijas manipulācijas.
Tā kā elektroni var pārvietoties tikai divos virzienos, tie var radīt tikai tādu enerģijas veidu, kādu vēlas zinātnieks vai ražotājs. Arī šī enerģija ir koncentrēta ārkārtīgi šaurā plūsmā. Pateicoties šim fokusam, kvantu akas rada precīzus lāzerus optiskām ierīcēm. Labi zināms kvantu akas piemērs ir lasīšanas lāzeri kompaktdisku (CD) atskaņotājos.
Kvantu akas tiek sauktas par “akām” ne tikai tāpēc, ka tās uztver elektronus, piemēram, akas, kas notvertu ūdeni, bet arī tāpēc, ka tās izskatās grafiski. Kad kvantu akas ir attēlotas enerģijas un pozīcijas grafikos, tās izskatās kā dziļas ielejas vai akas, bieži vien taisnstūra formā. Kvantu urbums ir potenciāla urbuma veids, kas nozīmē, ka ir iespēja saražot minimālu, fiksētu enerģijas daudzumu.
Izaudzēta, nevis izveidota, kvantu aka parasti ir izgatavota no tāda materiāla kā gallija arsenīds, ko ieskauj alumīnija arsenīds. Akas visbiežāk tiek audzētas, izmantojot procesu, ko sauc par molekulārā stara epitaksiju, kas izmanto izsvīduma šūnu, lai šautu vielas molekulas uz bāzes vielu. Ar šo metodi tiek izveidots viens urbuma materiāla atomu slānis ar katru šūnas apdedzināšanu.