提到穿墙术，大家就会联想到《聊斋》里面的崂山道士、《封神演义》里面的土行孙，《星际旅行》里面的宇航员。
量子“穿墙术”，就是物理学中的量子隧穿效应。
量子隧穿效应是一种量子特性，是电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的'墙壁'的现象。又称隧穿效应，势垒贯穿。
量子隧穿效应，无法用经典力学的观点来解释。
假如你坐在房门紧闭的屋子里，手中有一颗子弹。要将子弹扔到屋外，如果用手扔，子弹的动能太小，根本无法实现；如果将子弹放入枪膛，扣动扳机，子弹就会获得强大的动能，穿过墙壁。
这是宏观世界的常识。
如果把子弹换成量子世界里的微观粒子，就可能会出现“手扔子弹也能穿透墙壁”的反常现象。
在量子力学里，一个粒子不需要具有比位势还强劲的能量，就能逃出原子核的束缚。一个粒子可以概率性地穿越过原子核的位势，逃出原子核的束缚。无论粒子能量是否高于势垒，都不能肯定粒子是否能越过势垒，只能说出粒子越过势垒概率的大小。能量高于势垒的、运动方向适宜的未必一定反应，只能说反应概率较大。而能量低于势垒的仍有一定概率实现反应，也可能有一部分粒子穿越势垒，好像一个人从大山隧道通过一般。
我们知道，原子核被强力牢牢地黏在一起。例如，在铀原子中，氦原子（α粒子）与铀原子核之间的束缚力至少要在20兆电子伏之上，而氦原子核（α粒子）的能量最高也不会超过10兆电子伏，氦原子核要想逃离铀原子核，在经典物理学看来，是根本不可能的事情。
然而，实际情况却是铀原子核会自发衰变，释放出α粒子。
α粒子根本就没有足够的能量，它是怎样从原子核里逃出来的呢？
对于这个问题，科学家们纠结了很长一段时间。直到1928年，美国物理学家乔治.伽莫夫才用量子隧穿效应完美地解释了这个现象。
原子衰变
早在1927年，弗里德里希·洪德在研究分子光谱时发现，在双阱位势中，偶对称量子态与奇对称量子态，会因量子叠加形成非定常波包，其中一个阱会穿越过中间障碍，穿越到另外一个阱，然后又穿越回来，往往返返地震荡。
1957年，江崎玲于奈发明了隧道二极管，展示了固体的电子隧穿性质。
1960年，伊瓦尔·贾埃弗在超导体里发现了量子隧穿效应。
1962年，布赖恩·约瑟夫森发布理论预测，电流可以穿越过在两个超导体之间由一薄层绝缘氧化物制成的位势障碍。
量子隧穿效应
江崎玲于奈发现“半导体和超导体的隧道效应”，约瑟夫森从理论上预测出“通过隧道势垒的超电流的性质”，他们共享了1973年的诺贝尔物理学奖。
量子世界里真实存在的“穿墙术”，得到了实际应用。例如，用于观察和定位原子的扫描隧道显微镜（STM）。扫描隧道显微镜，就是利用原子级的导电探针来扫描材料的表面，当材料原子和针头之间距离足够近时，就会产生量子隧穿效应，进而形成隧道电流；而随着针头位置的改变，隧道电流就会出现差异，将这些数据收集起来再加以分析，就可以建立起一个非常详细的表面图片了。
扫描隧道显微镜示意图
科学家推测，在微观量子世界，可能存在着一种量子在里面传输而不受影响的通道。
这个通道，称为量子信道。
德国科学家利用百亿分之一秒的阿秒级光级脉冲攻击氖原子（1阿秒为10的负十八次方秒），观察到了隧穿效应的全过程，证明了量子信道的存在。量子信道，在微观世界可能普遍存在。
量子隧穿效应，是宇宙中有机分子得以合成的基础。在外太空，存在着大量的氢元素、氦元素。由于温度极低、重力干扰几乎为零等因素，有利于量子隧穿效应的发生。这样就可以突破经典化学反应的禁阻，由简单的无机原料，合成很多复杂的有机化合物。早期生命所需的有机化合物，依赖于量子隧穿效应。
在有机化学反应中，量子隧穿效应是一种常见现象。例如，酶能够利用量子隧穿效应来转移电子及氢原子、重氢原子一类的原子核，从而增加反应速率。据实验也显示，在某种生理状况下，葡萄糖氧化酶中的氧原子核，都会发生量子隧穿效应。
如果没有量子隧穿效应，太阳内部就不会发生核聚变；如果没有量子隧穿效应，植物就无法进行光合作用；如果没有量子隧穿效应，我们的鼻子就无法闻到气味……甚至可以说，如果没有量子隧穿效应，生命几乎没有出现的可能。
量子隧穿成就了发光的恒星，支持了光合作用，但也给微型芯片制造带来了烦恼。当芯片尺寸到达3纳米以下的时候，电子的量子隧穿效应就非常显著，无法执行正常的运算功能。量子隧穿效应，注定了芯片的尺寸存在一个不可逾越的极限。要突破这个极限，需要走量子芯片的道路。
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