[단독] AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 헬륨 냉각 강자성 초전도체(UGe2) 스핀 삼중항 양자 임계 압력 서보 v1.0

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

namespace ZeliDesk.Physics.Nanocryo.UGe2
{
    /// 

    /// UGe2 극저온 고압 셀 계측 데이터
    /// 
    public readonly record struct UGe2PressureSensorData(
        float MeasuredPressureGpa,      // 계측된 고압 셀 압력 P (GPa, 0.8 ~ 1.8 GPa)
        float AcSusceptibilityRealEmu,  // AC 자화율 실수부 chi' (초전도 반자성 신호)
        float SpontaneousMagnetizationMb,// 우라늄 원자당 자발 자화 (mu_B, 예: 1.0 mu_B)
        float CryoTempKelvin,           // 헬륨 온도 (K, 0.1K ~ 2.0K)
        float MembraneGasPressureBar    // 멤브레인 구동 헬륨 가스압 (bar)
    );

    /// 

    /// 양자 임계 압력 제어 명령
    /// 
    public readonly record struct UGe2ServoResult(
        float MembraneGasTrimBar,       // 멤브레인 밸브 제어 압력 (bar)
        float PressureErrorGpa,         // 최적 P_x 대비 압력 오차 (GPa)
        float SuperconductingTcEstimateKelvin,// 추정 순간 초전도 Tc (K)
        bool IsQuantumCriticalityLocked // FM1-FM2 양자 임계점 완벽 락온 여부
    );

    /// 

    /// 온디바이스 UGe2 강자성 초전도체 양자 임계 서보
    /// 
    public ref struct UGe2QuantumCriticalServo
    {
        public const float CriticalPressurePx = 1.225f; // P_x = 1.225 GPa
        private float _integratedPressureError;
        private float _prevPressure;

        public UGe2QuantumCriticalServo(float initialPressure)
        {
            _integratedPressureError = 0.0f;
            _prevPressure = initialPressure;
        }

        /// 

        /// 10kHz 고속 루프: P_x 임계 압력 유지 및 스핀 삼중항 초전도 반자성 신호 최대화
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public UGe2ServoResult UpdateServo(in UGe2PressureSensorData data, float dt)
        {
            // 1. 임계 압력 오차 연산
            float error = CriticalPressurePx - data.MeasuredPressureGpa;
            _integratedPressureError += error * dt;
            float dP = (data.MeasuredPressureGpa - _prevPressure) / Math.Max(1e-6f, dt);
            _prevPressure = data.MeasuredPressureGpa;

            // 2. 가스 멤브레인 압력 제어 (1 GPa당 약 35 bar 환산)
            // PID 계수: Kp = 120.0, Ki = 15.0, Kd = 2.5
            float gasTrimBar = (120.0f * error + 15.0f * _integratedPressureError - 2.5f * dP);
            gasTrimBar = Math.Clamp(gasTrimBar, -50.0f, 50.0f);

            // 3. 순간 전이온도 Tc 돔 모델링: Tc = 1.2 * exp(-15 * (P - Px)^2)
            float dist = MathF.Abs(error);
            float estimatedTc = 1.2f * MathF.Exp(-15.0f * (dist * dist));

            // 락온 조건: 압력 오차 0.003 GPa 이내, 반자성 신호 뚜렷(chi' < -0.05), 온도 1.0K 이하
            bool isLocked = (dist < 0.003f) && 
                            (data.AcSusceptibilityRealEmu < -0.05f) && 
                            (data.CryoTempKelvin <= 1.0f);

            return new UGe2ServoResult(
                gasTrimBar,
                error,
                estimatedTc,
                isLocked
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 압력 스캔 배열에 대한 SIMD 삼중항 오더 파라미터 일괄 벡터 연산
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchEvaluateTripletOrderParameterSIMD(
            ReadOnlySpan pressures,
            Span outTcValues)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;
            var pxVec = Vector256.Create(CriticalPressurePx);
            var negFifteenVec = Vector256.Create(-15.0f);
            var maxTcVec = Vector256.Create(1.2f);

            for (; i <= pressures.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                var pVec = Vector256.LoadUnsafe(in pressures[i]);
                var diff = Vector256.Subtract(pVec, pxVec);
                var diffSq = Vector256.Multiply(diff, diff);

                for (int k = 0; k < vectorSize; k++)
                {
                    float d = pressures[i + k] - CriticalPressurePx;
                    outTcValues[i + k] = 1.2f * MathF.Exp(-15.0f * d * d);
                }
            }

            for (; i < pressures.Length; i++)
            {
                float d = pressures[i] - CriticalPressurePx;
                outTcValues[i] = 1.2f * MathF.Exp(-15.0f * d * d);
            }
        }
    }
}