分布式量子磁传感用于无基础设施地理定位
量子物理
2025-12-16 v2
摘要
现代导航系统严重依赖全球导航卫星系统（GNSS），其微弱的空间信号容易受到干扰、欺骗和视线遮挡。作为替代方案，地球的磁场包含位置信息，对许多动物的认知和导航行为至关重要。然而，将地球磁场用于地理定位的实际应用取决于超灵敏磁力计。本工作研究了量子磁传感如何用于此目的。我们从理论上推导了使用氮空位（NV）中心进行量子传感时估计误差的克拉默-拉奥下界（CRLB），并证明了量子传感器相对于经典磁力计的优势。此外，我们采用了一种实用的分布式量子传感协议来达到CRLB。基于估计的磁场和地球磁场图，我们将地理定位构建为一个地图匹配问题，并在梯度空间（局部场导数）和角点空间（原始场样本）中引入了粗到细的马氏距离搜索。我们在美国和加拿大的四个城市上模拟了所提出的基于量子传感的地理定位框架。结果表明，在高梯度区域，梯度空间马氏搜索实现了亚公里级的中位定位误差；而在磁性更平滑的区域，角点空间搜索提供了更好的精度，并将运行时间减少了4-8倍。
引用
@article{arxiv.2512.11300,
title = {Distributed Quantum Magnetic Sensing for Infrastructure-free Geo-localization},
author = {Thinh Le and Shiqian Guo and Jianqing Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.11300},
year = {2025}
}