[단독] AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 헬륨 냉각 양자 스핀 홀(QSH) 비스무틴(Bismuthene) 1D 나노 에지 채널 위상 전류 서보 v1.0

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

namespace ZeliDesk.Physics.Nanocryo.Bismuthene
{
    /// 

    /// 비스무틴 1D 에지 채널 계측 데이터
    /// 
    public readonly record struct BismutheneProbeData(
        float MeasuredConductanceSiemens, // 계측된 에지 전도도 (S)
        float StrayMagneticFieldTesla,   // 잔류 자계 B_z (T)
        float LatticeStrainEpsilon,       // X선 회절로 측정된 국소 변형률 (%)
        float ProbeTipDisplacementNm,    // 나노 프로브 엣지 이격 거리 (nm)
        float TemperatureKelvin          // 헬륨 냉각 온도 (K)
    );

    /// 

    /// 위상 안정화 서보 피에조 및 자계 보상 출력
    /// 
    public readonly record struct BismutheneServoCommand(
        float PiezoTrimVoltageX,        // 피에조 위치 미세 트리밍 전압 (V)
        float ShieldingCoilCurrentAmp,  // 시간 역전 복원 보상 코일 전류 (A)
        float ConductanceErrorPercent,  // 2e^2/h 대비 오차율 (%)
        bool IsTopologicallyProtected   // 위상 보호 유지 여부
    );

    /// 

    /// 비스무틴 1D 나노 에지 채널 온디바이스 위상 서보 컨트롤러
    /// 
    public ref struct BismutheneHelicalEdgeChannelServo
    {
        // 양자 전도도 표준 상수: G_0 = 2 * e^2 / h ≈ 7.7480917e-5 S
        public const float QuantumConductanceG0 = 7.7480917e-5f;
        private const float ConductanceTolerance = 0.015f; // 1.5% 이내 시 위상 유지 판정

        private float _integratedError;
        private float _prevConductance;

        public BismutheneHelicalEdgeChannelServo(float initialConductance)
        {
            _integratedError = 0.0f;
            _prevConductance = initialConductance;
        }

        /// 

        /// 고속 1MHz 루프: 전도도 오차 기반 3축 피에조 및 상쇄 자기장 서보
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public BismutheneServoCommand UpdateServo(in BismutheneProbeData data, float dt)
        {
            // 전도도 오차율 계산
            float error = data.MeasuredConductanceSiemens - QuantumConductanceG0;
            float errorRatio = error / QuantumConductanceG0;
            float absErrorPct = MathF.Abs(errorRatio) * 100.0f;

            _integratedError += error * dt;
            float dError = (data.MeasuredConductanceSiemens - _prevConductance) / Math.Max(1e-9f, dt);
            _prevConductance = data.MeasuredConductanceSiemens;

            // 1. 잔류 수직 자계에 의한 크라머스 축퇴 붕괴 상쇄 전류 계산 (코일 상수: 0.05 T/A)
            float requiredShieldCurrent = -data.StrayMagneticFieldTesla / 0.05f;

            // 2. 엣지 이격 거리 및 스트레인 기반 피에조 위치 제어 전압 (PID 루프)
            // K_p = 120.0f, K_i = 15.0f, K_d = 2.0f
            float vPiezo = -(120.0f * errorRatio + 15.0f * _integratedError + 2.0f * dError * 1e-6f);

            // 엣지 채널과의 나노 접촉 드리프트 보정 추가 (1nm당 0.5V)
            vPiezo += data.ProbeTipDisplacementNm * 0.5f;

            bool isProtected = absErrorPct < (ConductanceTolerance * 100.0f) &&
                               MathF.Abs(data.StrayMagneticFieldTesla) < 0.001f;

            return new BismutheneServoCommand(
                vPiezo,
                requiredShieldCurrent,
                absErrorPct,
                isProtected
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 나노리본 에지 어레이의 SIMD 전도도 양자화 검증 커널
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchCheckTopologicalQuantizationSIMD(
            ReadOnlySpan conductances,
            Span outErrorPcts)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;
            var g0Vec = Vector256.Create(QuantumConductanceG0);
            var invG0Vec = Vector256.Create(1.0f / QuantumConductanceG0);
            var hundredVec = Vector256.Create(100.0f);

            for (; i <= conductances.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                var cVec = Vector256.LoadUnsafe(in conductances[i]);
                var diffVec = Vector256.Subtract(cVec, g0Vec);
                var ratioVec = Vector256.Multiply(diffVec, invG0Vec);
                var absVec = Vector256.Abs(ratioVec);
                var pctVec = Vector256.Multiply(absVec, hundredVec);

                pctVec.StoreUnsafe(ref outErrorPcts[i]);
            }

            for (; i < conductances.Length; i++)
            {
                float err = (conductances[i] - QuantumConductanceG0) / QuantumConductanceG0;
                outErrorPcts[i] = MathF.Abs(err) * 100.0f;
            }
        }
    }
}