[단독] AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 헬륨 냉각 꼬인 이중층 WSe2 모아레 강유전성 양자 이상 홀(QAH) 위상 서보 v1.0

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

namespace ZeliDesk.Physics.Nanocryo.TwistedWSe2
{
    /// 

    /// tWSe2 극저온 양자 홀 계측 데이터
    /// 
    public readonly record struct TwistedWSe2SensorData(
        float MeasuredHallResistanceOhm, // 계측된 홀 저항 R_xy (Ohm)
        float LongitudinalResistanceOhm,// 종저항 R_xx (Ohm, 이상치 0 Ohm)
        float TopGateVoltageV,          // 상부 게이트 전압 V_tg (V)
        float BottomGateVoltageV,       // 하부 게이트 전압 V_bg (V)
        float DilutionFridgeTempKelvin  // 헬륨 냉각 온도 (K)
    );

    /// 

    /// 체른 절연체 락온 제어 출력
    /// 
    public readonly record struct TwistedWSe2ServoResult(
        float DisplacementFieldMvNm,    // 수직 변위장 D (mV/nm)
        float QuantizationErrorPct,     // h/e^2 대비 홀 전도도 오차율 (%)
        int TopologicalChernNumber,     // 판정된 체른 수 C (+1 또는 -1)
        bool IsQahStateLocked           // 양자 이상 홀 상태 완벽 락온 여부
    );

    /// 

    /// 온디바이스 꼬인 이중층 WSe2 QAH 능동 서보
    /// 
    public ref struct TwistedWSe2QahServo
    {
        public const float VonKlitzingConstant = 25812.807f; // h/e^2 Ohm
        private float _integratedError;
        private float _prevRxy;

        public TwistedWSe2QahServo(float initialRxy)
        {
            _integratedError = 0.0f;
            _prevRxy = initialRxy;
        }

        /// 

        /// 100kHz 고속 루프: 홀 저항 양자화 오차 추적 및 듀얼 게이트 변위장 튜닝
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public TwistedWSe2ServoResult UpdateServo(in TwistedWSe2SensorData data, int desiredChern, float dt)
        {
            float targetRxy = (desiredChern >= 0) ? VonKlitzingConstant : -VonKlitzingConstant;
            float error = targetRxy - data.MeasuredHallResistanceOhm;
            float absErrPct = (MathF.Abs(error) / VonKlitzingConstant) * 100.0f;

            _integratedError += error * dt;
            float dRxy = (data.MeasuredHallResistanceOhm - _prevRxy) / Math.Max(1e-7f, dt);
            _prevRxy = data.MeasuredHallResistanceOhm;

            // 듀얼 게이트 변위장 제어 (Kp = 0.12, Ki = 0.02)
            float dField = (data.TopGateVoltageV - data.BottomGateVoltageV) * 25.0f; // mV/nm 환산
            float trimD = (0.12f * error * 0.001f + 0.02f * _integratedError * 0.001f);
            float netField = Math.Clamp(dField + trimD, -150.0f, 150.0f);

            int chern = (data.MeasuredHallResistanceOhm > 20000.0f) ? 1 : ((data.MeasuredHallResistanceOhm < -20000.0f) ? -1 : 0);

            bool isLocked = (absErrPct < 0.5f) && 
                            (data.LongitudinalResistanceOhm < 50.0f) && 
                            (data.DilutionFridgeTempKelvin <= 1.5f);

            return new TwistedWSe2ServoResult(
                netField,
                absErrPct,
                chern,
                isLocked
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 모아레 파수 격자에 대한 SIMD 체른 밴드갭 일괄 벡터 연산
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchEvaluateChernBandGapSIMD(
            ReadOnlySpan dispFields,
            float criticalField,
            float maxGapMev,
            Span outGapsMev)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;
            var critVec = Vector256.Create(criticalField);
            var maxGapVec = Vector256.Create(maxGapMev);
            var zeroVec = Vector256.Zero;

            for (; i <= dispFields.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                var dVec = Vector256.LoadUnsafe(in dispFields[i]);
                var absD = Vector256.Abs(dVec);
                var diff = Vector256.Subtract(critVec, absD);
                var ratio = Vector256.Divide(diff, critVec);
                var clampedRatio = Vector256.Max(zeroVec, ratio);
                var gap = Vector256.Multiply(maxGapVec, clampedRatio);

                gap.StoreUnsafe(ref outGapsMev[i]);
            }

            for (; i < dispFields.Length; i++)
            {
                float d = MathF.Abs(dispFields[i]);
                float r = Math.Max(0.0f, (criticalField - d) / criticalField);
                outGapsMev[i] = maxGapMev * r;
            }
        }
    }
}