Ква́нтовая диффу́зия, диффузия частиц в твёрдых телах, обусловленная туннельным эффектом. Перенос вещества в твёрдом теле всегда состоит из последовательных элементарных изменений конфигурации кристаллической решётки, которыми являются, например, обмен местами между различными соседними атомами или между атомом и вакансией. Дискретные конфигурации кристаллической решётки разделены высокими потенциальными барьерами. Скорость классической диффузии определяется вероятностью того, что конкретный атом имеет энергию, достаточную для преодоления этого потенциального барьера, т. е. происходит надбарьерный термоактивационный переход. Существует также конечная вероятность подбарьерного туннелирования, т. е. перехода между состояниями, даже если энергия системы меньше высоты потенциального барьера. С понижением температуры вероятность надбарьерного перехода экспоненциально уменьшается, поэтому основную роль начинает играть туннельный эффект. Его вклад определяется отношением квантовой неопределённости координаты частиц к расстоянию между узлами решётки, поэтому квантовая диффузия наблюдается в квантовых кристаллах.

Заметная вероятность туннелирования приводит к делокализации точечных дефектов решётки (примесей, вакансий и т. п.) в квантовых кристаллах. Квантовая диффузия может рассматриваться как явление переноса в газе делокализованных дефектов (дефектонов). Их длина свободного пробега определяется различными столкновениями, в том числе со структурными дефектами кристалла, друг с другом, с фононами. Иногда увеличение длины свободного пробега по мере уменьшения температуры может оказаться основным фактором, влияющим на коэффициент диффузии. В этом случае он растёт при понижении температуры (т. н. аномальная зависимость коэффициента диффузии).