如果您将网球扔向坚固的墙壁，它 100% 的几率会击中墙壁并反弹回来，就像您所期望的那样。在物理学中，足够坚固的屏障将阻止任何进入的物体穿过它。但在量子层面上，这并不完全正确。如果你用量子粒子代替网球，用任何量子机械势垒代替固体墙，那么粒子实际上穿过势垒的可能性是有限的，最终在另一侧被检测到。就好像你把网球扔到墙上，它完全没有受到墙壁的阻碍，直接穿过去。
您可能想问的问题之一是，当量子粒子通过隧道过程“穿过”势垒时，其表观运动是否存在任何延迟。在 2019 年的一项实验中，科学家对此进行了精确测量，发现隧道形成过程本身是瞬时的;隧道施工过程根本没有造成任何延误。一些人质疑这是否意味着在量子领域有可能违反相对论规定的速度限制：光速。尽管你的直觉可能会向你暗示这种可能性，但事实证明根本不是这样。所有过程，即使是量子过程，仍然需要遵守相对论规则，并且永远不能超过光速。以下是如何协调量子隧道的瞬时性质与信息传输速度不能超过光速的事实。
当你想到量子宇宙时，你很可能会想到微小的、单个的粒子，它们都在快速移动并相互碰撞。这在你的脑海中并不是一个糟糕的画面，但它并没有概括量子层面上真正发生的事情。现实量子本质的反直觉之一是，将这些量子视为在任何时刻具有特定位置和运动的粒子，并不能完全解释我们所观察到的现象。我们知道，量子粒子的某些属性（如位置）固有的基本不确定性，我们只能通过使用现实的概率描述来充分描述它们。
这意味着，如果你将一个量子粒子放在任意一个位置，然后问“它现在在哪里？”稍后，您将无法仅通过将其速度乘以所经过的时间来找到它。这种粒子的量子性质意味着它的位置是由波函数定义的，而不是由一个特定的、明确的值定义的。即使在物理学的极限下，我们也只能告诉你在哪里可以找到粒子的相对概率，并且只有通过观察才能准确地确定该粒子的实际位置。
量子物理学的这种奇怪的、违反直觉的特性并不是我们测量设备的限制，而是我们现实和支配它的规则的基本特性。无论您是在谈论：
- 静止的粒子，
- 一个自由粒子在太空
中旅行， - 受限制的束缚粒子（如原子中的电子），
- 或者一个粒子遇到限制它可以占据的量子态的障碍，
没有完全确定性的计算可以准确地揭示该粒子的位置。
您可以计算的只是在特定位置或特定间隔内发现粒子的概率。在您进行测量（根据您的测量设备允许的任何测量不确定度揭示诸如“位置”之类的属性）之前，这些概率是我们关于粒子所在位置的唯一指南。量子物理学中不存在 100%“确定”的位置；海森堡不确定性原理确保这种性质始终存在有限的、非零的不确定性。
位置和动量之间存在固有的不确定性关系；这是量子不确定性最常用的例子。但还有其他一些问题，包括粒子能量之间的不确定性以及粒子以某种量子态存在或您试图测量其属性的时间间隔之间的不确定性。如果您正在考虑这一点，您可能还会认为一个系统有可能从量子势垒的一侧（如束缚在原子中，或在错误的最小值中）隧道到另一侧，那么它必须对如何进行隧道传输有限制。这种转变很快就会发生。
也许这取决于屏障的大小、屏障的厚度或与其物理特性相关的一些其他因素。毕竟，在这个宇宙中，一切都应该受到光速的限制。
我们可以想象的测试这一点的最简单的设置是采用一个单一粒子，如电子，它被束缚在一个受限系统中，如氢原子。电子自发地隧道到未束缚态的概率是有限的、非零的。通过使用适当的设备（例如超快光子）对其进行成像，您可以准确测量从束缚状态隧道到未束缚状态所需的时间间隔。
2019 年，这正是澳大利亚阿秒科学设施的研究人员所完成的工作，他们发现这种跃迁（可以说是最简单的电子跃迁）最多需要 1.8 阿秒，即 1.8 × 10^-18 s。这意味着，在光速 (299,792,458 m/s) 下，我们谈论的行进距离仅为 5.4 埃。首席研究员之一罗伯特·桑 (Robert Sang) 表示：
“有一个明确的点，我们可以开始这种相互作用，并且有一个点，我们知道电子应该在哪里出现[相互作用本身]是瞬时的。因此，与当时相比发生的任何变化，我们都知道穿过屏障需要很长时间……结果与实验不确定性内的理论一致，与瞬时隧道效应一致。”
虽然这对各种实际应用（包括例如量子限制晶体管的构造）具有令人着迷且深远的影响，但在此上下文中的“瞬时”并不意味着电子立即从一个物理位置移动到另一个物理位置，这将违反爱因斯坦的相对论。
并不是说在一瞬间你可以说“这个粒子在那儿”，然后，过了一小会儿，你就可以说“这个粒子现在位于这里”。如果你能做到这一点，你可以简单地将测量到的距离变化除以发生的时间变化；如果该数字大于 299,792,458 m/s，您就会得出结论，您已经超过了光速。该实验是用氢原子内的电子进行的，该实验的精确度和清洁度非常高，仅涉及单个束缚系统中的单个粒子，但无法进行关键的测量。
它所能做的就是证明从束缚态到非束缚态的隧道转换不存在基本的“量子延迟”。尽管如此，像这样的实验对于揭示物理学家如何设法利用多粒子系统来制造出比光速更快的物体的错觉很有用：这一结果每隔几年就会在流行媒体上被误报。
为了说明这一点，想象一下你有一组量子粒子，它们聚集在一起形成一个紧密的脉冲，隧道或以其他方式穿过某种障碍。
得益于新颖的技术和技术，我们在以接近甚至等于光速的速度移动的脉冲成像方面取得了多么成功，这确实是令人瞩目的。因为我们今天拥有这些先进的成像能力，所以随着时间的推移，我们可以使用多个单独的测量来阐明您对量子宇宙的理解，并防止您被这种错误的“超光速”主张所愚弄。
第 1 步：您需要尽可能精确地测量物理量子脉冲在遇到量子势垒之前的某个时刻在空间中的位置。
步骤 2：在进行下一次测量之前，您要做的下一件事是在假设脉冲以一定速度移动的情况下，精确计算您期望量子脉冲到达的时间和地点光并成功地穿过前面的障碍物。
第 3 步：现在，您需要在脉冲成功穿过障碍物后的稍后时刻精确测量脉冲所在的位置。
但是，当您进行测量时，如果您得知在屏障另一侧检测到的脉冲（该脉冲必须穿过屏障才能到达那里）可能看起来像是移动速度似乎超出了光速！
正如您可能认为的那样，这是一个棘手的情况，基于您刚刚读到的关于量子隧道速度是瞬时的，这意味着粒子可以无限快地传播，突破光速，穿过有限的量子力学屏障，非零厚度。
这就是经常出现的误解，以及人们如何欺骗自己（以及不道德的新闻机构试图欺骗你），让他们认为自己正在突破光速。
但这并不是这里发生的事情，也不是任何这些所谓的“超光速”示威活动中发生的事情。相反，这里发生的只是脉冲中发现的量子粒子中只有一部分成功地穿过势垒。大多数粒子的行为与（经典）网球的行为相同：它们反弹，但未能到达目的地。欺骗自己相信自己已经创建了一个超光速系统的“技巧”是，可以提前加载哪些粒子能够穿过屏障，优先切断脉冲后面的粒子。
如果你在没有足够小心的情况下这样做，你就会错误地测量出整个脉冲的速度超过光速，即使实际上没有任何单个粒子超过光速。
那么，研究人员断言量子隧道效应是一个瞬时过程，没有任何延迟，这意味着什么呢？
简而言之，隧道本身的实际过程，即从量子势垒一侧的束缚态到另一侧的未束缚态的转变，不需要任何额外的时间。物理效应。这意味着隧道效应的发生不存在固有的“量子延迟”。
但当系统中的粒子在有限的时间内移动有限的距离时，它们仍然从根本上受到爱因斯坦相对论的限制。这一限制适用于所有情况下的每一个粒子，无一例外。这是一项令人难以置信的壮举，科学家们现在测量了单个粒子从电子直接从束缚态到非束缚态的量子跃迁速度，确定不存在量子隧道过程本身固有的延迟发生。然而，任何量子粒子的运动速度实际上都不会超过光速。至少据我们所知，这种现象仅限于科幻小说领域。