AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 광집게 어레이 리드버그 양자 게이트 위상 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.RydbergQuantumGate
{
    /// <summary>
    /// 리드버그 광집게 간섭계 위상 텔레메트리 상태
    /// </summary>
    public readonly ref struct RydbergGateTelemetryState
    {
        public readonly double InterferometerPhaseErrorRad; // 레이저 간섭계 광위상 오차 [rad]
        public readonly double RabiFrequencyMegaHz;         // 리드버그 여기 라비 주파수 [MHz]
        public readonly double AodRfPowerWatts;             // AOD 음향광학 편향기 RF 전력 [W]
        public readonly double CryoStageTempKelvin;         // 챔버 냉각단 온도 [K]

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public RydbergGateTelemetryState(double phaseErr, double rabiMhz, double pAod, double tempK)
        {
            InterferometerPhaseErrorRad = phaseErr;
            RabiFrequencyMegaHz = rabiMhz;
            AodRfPowerWatts = pAod;
            CryoStageTempKelvin = tempK;
        }
    }

    /// <summary>
    /// EOM 고속 위상 변조기 전압 지령
    /// </summary>
    public readonly ref struct EomPhaseServoCommand
    {
        public readonly double CommandedEomVolts;           // EOM 광위상 보정 전압 [V]
        public readonly double EstimatedGateFidelity;       // 추정 2큐비트 게이트 충실도 [%]
        public readonly bool FidelityThresholdLocked;       // 99.5% 충실도 안정 잠금

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public EomPhaseServoCommand(double vEom, double fid, bool locked)
        {
            CommandedEomVolts = vEom;
            EstimatedGateFidelity = fid;
            FidelityThresholdLocked = locked;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 10,000Hz 0-Alloc 리드버그 양자 게이트 위상 서보 엔진
    /// </summary>
    public sealed class CryoRydbergGateServoEngine
    {
        private const double EomVpi = 3.2;                  // EOM 반파장 반전 전압 3.2V
        private double _currentEomVolts;
        private double _intPhaseErr;

        public CryoRydbergGateServoEngine()
        {
            _currentEomVolts = 1.6; // 1.6V 바이어스
            _intPhaseErr = 0.0;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public EomPhaseServoCommand UpdateServoLoop(in RydbergGateTelemetryState telemetry, double dtSeconds)
        {
            // 1. 적분 위상 누적
            _intPhaseErr = Math.Clamp(_intPhaseErr + (telemetry.InterferometerPhaseErrorRad * dtSeconds), -0.5, 0.5);

            // 2. 고속 EOM 위상 역보상 전압 산출 (\Delta V = - (V_\pi / \pi) \cdot \Delta \phi)
            double vPhaseCorrection = -(EomVpi / Math.PI) * telemetry.InterferometerPhaseErrorRad;
            double vIntegral = -(_intPhaseErr * 2.5);

            _currentEomVolts = Math.Clamp(_currentEomVolts + (vPhaseCorrection + vIntegral) * 0.8, -10.0, 10.0);

            // 3. 위상 지터에 따른 실시간 게이트 충실도 추산식
            double phaseJitterSq = telemetry.InterferometerPhaseErrorRad * telemetry.InterferometerPhaseErrorRad;
            double estimatedFidelity = Math.Max(0.0, (1.0 - (0.5 * phaseJitterSq)) * 100.0);

            bool isLocked = (Math.Abs(telemetry.InterferometerPhaseErrorRad) < 0.04) && (estimatedFidelity >= 99.5);
            return new EomPhaseServoCommand(_currentEomVolts, estimatedFidelity, isLocked);
        }
    }
}