방사광 X선 극저온 3차원 광격자 스트론튬(⁸⁷Sr) 원자시계 흑체복사(BBR) 스타크 이동 보상 서보 C# SIMD 엔진

3. C# .NET 9.0 Zero-Allocation 100,000Hz 광격자 BBR 서보 엔진

스택 기반 SIMD 벡터를 통해 8채널 극저온 온도 센서 데이터를 실시간 처리하고 10us 내에 광학 클락 AOM 합성 주파수를 연산합니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Runtime.Intrinsics;
using System.Runtime.Intrinsics.X86;

namespace ZeliDesk.Quantum.OpticalClock
{
    /// <summary>
    /// 극저온 챔버 8개 구역 정밀 온도 및 램지 간섭계 분광 텔레메트리 (100kHz 샘플링)
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)]
    public readonly struct OpticalClockCryoTelemetry
    {
        public readonly float TimestampUs;
        public readonly Vector256<float> ShieldTemperaturesKelvin; // 8개 지점 온도
        public readonly float RamseyFringeErrorSignal;
        public readonly float LatticeLaserPowerMw;

        public OpticalClockCryoTelemetry(
            float timeUs, Vector256<float> temps, float err, float pwr)
        {
            TimestampUs = timeUs;
            ShieldTemperaturesKelvin = temps;
            RamseyFringeErrorSignal = err;
            LatticeLaserPowerMw = pwr;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 100kHz 흑체복사(BBR) 스타크 이동 실시간 역산 및 AOM 시계 보정 서보 엔진
    /// </summary>
    public sealed class StrontiumOpticalClockBbrServoEngine
    {
        private const float BbrConstHzPerK4 = 2.095e-10f; // BBR T^4 비례 상수 (Hz/K^4)
        private const float AomKp = 12.5f;
        private const float AomKi = 0.85f;

        private float _accumulatedFringeError;

        public StrontiumOpticalClockBbrServoEngine()
        {
            _accumulatedFringeError = 0.0f;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining | MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public void ComputeBbrCorrection(
            in OpticalClockCryoTelemetry telemetry,
            out float currentEffectiveTempK,
            out float bbrFrequencyShiftHz,
            out float commandedAomFrequencyOffsetHz)
        {
            // 1. 8채널 온도 T^4 SIMD 병렬 계산
            Vector256<float> t = telemetry.ShieldTemperaturesKelvin;
            Vector256<float> t2 = Avx.Multiply(t, t);
            Vector256<float> t4 = Avx.Multiply(t2, t2);

            Span<float> t4Span = stackalloc float[8];
            MemoryMarshal.Write(MemoryMarshal.AsBytes(t4Span), in t4);

            float sumT4 = 0.0f;
            for (int i = 0; i < 8; i++) sumT4 += t4Span[i];

            float avgT4 = sumT4 * 0.125f;
            currentEffectiveTempK = MathF.Pow(avgT4, 0.25f);

            // 2. BBR 동적 스타크 주파수 이동량 산출
            bbrFrequencyShiftHz = avgT4 * BbrConstHzPerK4;

            // 3. 램지 간섭계 위상 에러 적분 (100kHz 루프)
            float err = telemetry.RamseyFringeErrorSignal;
            _accumulatedFringeError += err;

            // 4. AOM 광주파수 보정치 합성
            float feedback = (AomKp * err) + (AomKi * _accumulatedFringeError);
            commandedAomFrequencyOffsetHz = -bbrFrequencyShiftHz + feedback;
        }
    }
}