LDA 统一设计包规范（Design Package Specification）

版本：v0.1（2026-08-21，D-44 交付）状态：现行标准 · 机器可校验（配套 JSON Schema：docs/design_package_schema.json）范围：LDA 所有设计闭环（光子/量子/混合系统）产出的统一交付格式

1. 目的与原则

LDA 的定位是"产出可用的设计结果（design outcome），而非辅助人设计的软件"。无论用户/agent 设计的是单个器件还是多器件系统，交付物都是同一份 DesignPackage ——格式一致、机器可校验、可汇总对比、可被第三方工具/流程消费。

三条硬原则：

verification.passed 是唯一验收门。是否可用由死标量比对（物理定律锚 / 严格数值 vs 解析契约）决定；LLM 不进判决路径。
每个包都回溯到设计意图 IR（L0 统一中间表示，ir 字段），保证可审计、可复现。
honest_notes 必填。模型的假设、数据的来源、哪些是解析近似、哪些是严格数值、哪些是预计算/演示数据，必须诚实标注。

2. 顶层结构

DesignPackage = {
  package_id        : string    # 唯一 ID，如 "wdm-4ch"
  schema_version    : "0.1"
  kind              : string    # 设计包类型（§4 注册表）
  domain            : "photon" | "quantum" | "hybrid"
  title             : string
  created_at        : string    # ISO 8601
  ir                : object    # 设计意图回溯（§5）
  design            : object    # 目标 + 参数 + 反解（§6）
  verification      : object    # 验收（§7）
  artifacts         : object    # 产物（§8）
  honest_notes      : string    # 诚实标注（必填）
}

字段一览：

字段	类型	必填	说明
`package_id`	string	✅	唯一标识（kind + 关键参数编码）
`schema_version`	string	✅	必须为 `"0.1"`
`kind`	string	✅	必须 ∈ §4 注册表
`domain`	string	✅	必须 ∈ `{photon, quantum, hybrid}`
`title`	string	✅	人类可读标题
`created_at`	string	✅	ISO 8601 时间戳
`ir`	object	✅	设计意图（schema 版本/器件/网表/校验）
`design`	object	✅	targets / params / inverse_design / metrics
`verification`	object	✅	checks / passed / verdict
`artifacts`	object	按 kind	SVG / 谱 / GDS / 预算等
`honest_notes`	string	✅	诚实标注（非空）

3. 设计包与 LDA 分层的关系

L0 IR（lda_ir，schema v0.3）── 设计意图事实源（PhysicsAnchor 物理锚）
   │
   ▼ 设计闭环（D-36~D-43：设计→验证引擎 / 逆设计 / 系统级）
DesignPackage ── 交付物（本规范）
   │
   ▼ 消费方
agent（L1 协议）/ 人（验收）/ 第三方工具 / CI 自动化

ir 字段与 L0 IR 一一对应（schema_version / domain / 器件数 / 网表数 / 校验错误）。
verification.checks 与 harness 基准题（B1–B13）同语义：死标量比对明细。
第三方对接只需消费 DesignPackage 这一个格式，无需理解内部各闭环。

4. kind 注册表（v0.1 · 11 kind）

kind	来源	domain	targets 典型键	params 典型键	artifacts 典型键
`add_drop`	D-37 环形 add-drop 产品链路	photon	`fsr_nm`	`R` `gap` `wg_width`	`layout_svg` `spectrum` `gds` `budgets`
`quantum`	D-41 量子 agent 逆设计闭环	quantum	`transmon`/`resonator`/`coupler`（目标 GHz）	`E_J` `E_C` / `Lp` `Cp` `l` / `Cc` …	`numerical` `analytic`
`wdm`	D-42 WDM 多环级联系统设计	photon	`channels_nm`	`ring_radii_um` `gap_um` `wg_width_um`	`layout_svg` `spectrum` `gds`
`readout_chain`	D-43 光子-量子混合链路	hybrid	`f01_ghz` `f_r_ghz` `g_ghz` `kappa_r_ghz`	`E_J` `l_m` `Cc` `Q_ext`	`verification_detail`
`multiqubit`	D-46 N-qubit 频率复用读出	hybrid	`f01s_ghz` `delta_ghz` `g_ghz`	`readout_freqs_ghz` `kappa_r_ghz` `kappa_ext_ghz` `kappa_i_ghz` `chi_ghz` `qubits[]`	`spectrum`（力线透射谱）`dip_resolvability`
`readout_fidelity`	D-47 单发读出保真度预算	hybrid	`f01_ghz` `delta_ghz` `g_ghz` `kappa_r_ghz`	`T1_us` `nbar` `eta` `N_amp` `t_m_star_ns` `budget`	`sweep`（SNR/保真度随 t_m 扫描）
`multiqubit_fidelity`	D-51 N-qubit 复用读出逐 qubit 保真度	hybrid	`f01s_ghz` `delta_ghz` `g_ghz`	`readout_freqs_ghz` `kappa_r_ghz` `chi_ghz` `per_qubit[]`（逐 qubit T1/n̄/t_m*/budget）	`spectrum` `dip_resolvability`
`mixed_system`	D-52 多环 WDM × 量子读出混合巨型系统	hybrid	`wdm_channels_nm` `qubit_f01s_ghz`	`mapping[]`（信道↔qubit 1:1）`photon`（R/指标）`quantum`（readout/per_qubit）	`photon_metrics` `quantum_spectrum` `dip_resolvability`
`coupler`	D-55 方向耦合器设计闭环	photon	`target_cross` `wl_um` `gap_um`	`kappa_fdtd` `calibration`（双点 FDTD）`L_target_um`	`iteration`（设计→验证迭代历史）`cross_val_fdtd`
`wdm_coupler`	D-57 耦合器×WDM 组合（FDTD 标定驱动 gap）	photon	`channels_nm` `gap_scan`	`chosen_gap_um` `chosen_k_ring` `calibrations[]`（PDK 标定文件）	`attempts[]`（gap 扫描试次）`wdm_metrics`
`splitter_readout`	D-63 方向耦合器×量子读出（分束网络供电控制线）	hybrid	`f01s_ghz` `weights`	`nbar0` `splitters[]`（每级 DC：target_cross/cross_fdtd/L）`leaves[]`（每路实际功率）`per_qubit[]`（缩放后 SNR/F）	`ir`（光子分束+量子读出同一网表）`power_budget`

新增 kind 指南见 §10。

5. `ir`（设计意图回溯）

{
  "schema_version": "0.3",
  "domain": "photon",
  "n_components": 4,
  "n_nets": 5,
  "validate_errors": []
}

字段	类型	说明
`schema_version`	string	L0 IR schema 版本（当前 0.3）
`domain`	string	IR domain（photon/quantum/hybrid）
`n_components`	int	IR 器件数
`n_nets`	int	IR 网表连接数
`validate_errors`	string[]	IR 静态校验错误（空 = 合法）

6. `design`（设计内容）

{
  "targets": { "fsr_nm": 17.5 },
  "params": { "R": 5.2023, "gap": 0.3 },
  "inverse_design": { "formula": "..." },
  "metrics": { "il_drop_db": [...], "xt_min_db": [...] }
}

字段	类型	必填	说明
`targets`	object	✅	设计目标（用户/agent 给定的规格）
`params`	object	✅	设计出的参数（闭式反解或搜索最优）
`inverse_design`	object	按 kind	反解公式/说明
`metrics`	object	按 kind	中间性能指标（如 WDM 信道 IL/串扰）

7. `verification`（验收 —— 唯一验收门）

{
  "checks": [
    { "name": "每信道 drop IL ≤ 3dB", "ok": true, "detail": "..." }
  ],
  "passed": true,
  "verdict": "WDM 4 信道级联系统设计 PASS：..."
}

字段	类型	必填	说明
`checks`	object[]	✅	逐项死标量比对（name/ok/detail）
`passed`	boolean	✅	唯一验收门：全部 checks.ok 才为 true
`verdict`	string	✅	人类可读判定（含关键数值）

判定铁律：passed 由死标量比对决定（物理定律锚：解析解/闭式 ↔ 严格数值对角化/离散本征值/真实 FDTD）；LLM 不进判决路径。消费者应以 passed 为唯一可用性判定，不依赖 verdict 文本。

8. `artifacts`（产物）

按 kind 可选，常见键：

键	类型	说明
`layout_svg`	string	版图/系统 SVG（内联）
`spectrum`	object	谱数据（wavelengths + drop/thru 等）
`gds`	object	GDSII 摘要（libname/元素数/层/字节数）
`budgets`	object	耦合/损耗预算表（add_drop）
`numerical` / `analytic`	object	严格数值 vs 解析契约明细（quantum）
`verification_detail`	object	器件级双验证明细（readout_chain）
`dip_resolvability`	object[]	相邻读出 dip 可分辨检查（multiqubit）
`sweep`	object[]	SNR/保真度随 t_m 扫描预算表（readout_fidelity）

9. 机器校验规则（validate_package）

配套 lda_design/design_package.py::validate_package(pkg)，规则：

必填字段齐全：package_id schema_version kind domain title created_at design verification honest_notes
schema_version == "0.1"
kind ∈ {add_drop, quantum, wdm, readout_chain, multiqubit, readout_fidelity, multiqubit_fidelity, mixed_system, coupler, wdm_coupler, splitter_readout}
domain ∈ {photon, quantum, hybrid}
verification.passed 存在（验收门）
honest_notes 非空（诚实标注必填）

机器可读形式：docs/design_package_schema.json（JSON Schema draft-07）。

10. 扩展指南（注册新 kind）

在 lda_design/design_package.py 的 _BUILDERS 注册打包器 package_from_<kind>(...)：包装对应设计闭环的产物 → 统一 schema。
_DEFAULTS 提供该 kind 的默认参数。
在 _REQUIRED 校验不变的前提下，design/artifacts 按 kind 自由扩展。
更新 PACKAGE_KINDS 与本文档 §4 注册表。
跑 run_design_package_smoke.py 全绿后交付。

11. 示例（完整包，WDM 4 信道）

见 reports/packages/wdm.json（构建产物，与 build_all() 同源）。以下为结构示意：

{
  "package_id": "wdm-4ch",
  "schema_version": "0.1",
  "kind": "wdm",
  "domain": "photon",
  "title": "WDM 4 信道多环级联系统设计",
  "created_at": "2026-08-21T14:00:00+08:00",
  "ir": { "schema_version": "0.3", "domain": "photon",
          "n_components": 4, "n_nets": 5, "validate_errors": [] },
  "design": { "targets": { "channels_nm": [1550.0, 1552.5, 1555.0, 1557.5] },
              "params": { "ring_radii_um": [9.9851, 10.0012, 10.0173, 10.0334],
                          "gap_um": 0.3 },
              "inverse_design": { "formula": "R=m·λ/(2π·n_g)（谐振对齐闭式）" },
              "metrics": { "il_drop_db": [0.002, 0.034, 0.052, 0.115],
                           "xt_min_db": [18.41, 21.32, 21.37, 53.16] } },
  "verification": { "checks": [ { "name": "邻信道串扰 XT ≥ 15dB",
                                  "ok": true, "detail": "18.4/21.3/21.4/53.2dB" } ],
                    "passed": true,
                    "verdict": "WDM 4 信道级联系统设计 PASS：..." },
  "artifacts": { "layout_svg": "<svg ...>", "spectrum": { "...": "..." },
                 "gds": { "libname": "LDA-WDM", "size_bytes": 4560 } },
  "honest_notes": "级联传递为解析物理模型（D-37 add-drop 传递函数，bus 串联）；..."
}

12. 变更记录

版本	日期	变更
0.1	2026-08-21	初始发布（D-44）：schema + 4 类 kind + 校验规则 + JSON Schema
0.1.1	2026-08-21	kind 注册表扩展至 6 类（D-48 配套）：新增 `multiqubit`（D-46 N-qubit 频率复用读出）与 `readout_fidelity`（D-47 单发读出保真度预算）；§7 artifacts 常见键补充 `dip_resolvability` / `sweep`；§9 机器校验规则 kind 枚举同步更新
0.1.2	2026-08-21	kind 注册表扩展至 7 类（D-51 配套）：新增 `multiqubit_fidelity`（D-51 N-qubit 复用读出逐 qubit 保真度预算——D-46 × D-47 集成）；§9 机器校验规则 kind 枚举同步更新
0.1.3	2026-08-21	kind 注册表扩展至 8 类（D-52 配套）：新增 `mixed_system`（D-52 多环 WDM × 量子读出混合巨型系统——D-42 × D-51 集成，光子分波 + 量子读出同一网表，信道↔qubit 1:1 映射）；§9 机器校验规则 kind 枚举同步更新
0.1.4	2026-08-21	kind 注册表扩展至 9 类（D-55 配套）：新增 `coupler`（D-55 方向耦合器设计闭环——目标分束比 → 2D FDTD 双点标定 κ → CMT 反解 L → 实测-修正迭代；光子域基础器件空白补齐）；§9 机器校验规则 kind 枚举同步更新
0.1.5	2026-08-21	kind 注册表扩展至 10 类（D-57 配套）：新增 `wdm_coupler`（D-57 耦合器×WDM 组合——FDTD 标定 κ_c(gap) PDK 文件驱动 WDM 环 bus 耦合段 gap 选择，诚实报告 vs 解析假设偏差）；§9 机器校验规则 kind 枚举同步更新
0.1.6	2026-08-22	kind 注册表扩展至 11 类（D-63 配套）：新增 `splitter_readout`（D-63 方向耦合器×量子读出——光子二叉树级联 DC 分束网络【每级 D-55 真实 FDTD 设计】供电量子读出控制线，功率按 FDTD 实测分束比缩放 n̄；光↔微波拓扑同构、物理独立诚实标注）；§9 机器校验规则 kind 枚举同步更新

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