在量子力学里，量子隧穿效应（Quantum tunneling effect）指的是，像电子等微观粒子能够穿入或穿越位势垒的量子行为，尽管位势垒的高度大于粒子的总能量。在经典力学里，这是不可能发生的，但使用量子力学理论却可以给出合理解释。 量子隧穿效应属于量子力学的研究领域，量子力学研究在量子尺度所发生的事件。设想一个运动中的粒子遭遇到一个位势垒，试图从位势垒的一边（区域 A）移动到另一边（区域 C），这可以被类比为一个圆球试图滚动过一座小山。量子力学与经典力学对于这问题给出不同的解答。经典力学预测，假若粒子所具有的能量低于位势垒的位势，则这粒子绝对无法从区域 A移动到区域 C。量子力学不同地预测，这粒子可以概率性地从区域 A穿越到区域 C。 在微观世界中不要用宏观的思路去理解，电子是有概率穿过能量较高的能垒。
量子隧穿效应示意图。在粒子穿越高位势垒阻碍的过程中，量子幅不会立刻变为零，而会呈指数衰变，因此，粒子抵达位势垒的另一边的概率也会降低 初步看来，量子隧穿问题似乎是个佯谬，但是使用能量-时间不确定性原理可以合理解释这问题。假设粒子的原本能量为E，位势垒的位势为V，而E<V，则粒子无法经典地从区域 A移动到区域 C。根据能量-时间不确定性原理，
其中，ΔE、Δt分别为能量与时间的不确定性，ℏ是约化普朗克常数。 尽管在经典力学里，总能量不能改变，否则，会违背能量守恒定律。然而，在量子力学里，假若时间的不确定性为Δt，则能量的不确定性为
现在，假设粒子暂时借得能量ΔE，而且E+ΔE>V，则粒子就可以从区域 A移动到区域 C，但是为了不违背能量-时间不确定性原理，粒子必须在时间Δt≈ℏ/2ΔE，还回能量ΔE，并且粒子必须在时间Δt≈ℏ/2ΔE内从区域 A移动到区域 C，否则它仍旧不能从区域 A移动到区域 C。 注意到两点： 假若位势垒过宽与过高，则粒子借得足够能量在时间限制内从区域 A移动到区域 C是很困难的事件，这事件的概率会变得非常低，大多数粒子都会被反射回去。 按照上述解释，由于粒子的能量变得大于位势垒的位势，粒子不是穿越过位势垒，而是跳跃过位势垒。
微观粒子穿越过一个位势垒。粒子的能量在穿越前与穿越后维持不变，但量子幅会降低。 |
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