10 mK 단에서 1 µW의 열을 퍼내어 300 K로 버릴 때, 카르노 한계에서 필요한 최소 일률에 가장 가까운 것은?

정답: B. 약 30 mW

카르노 냉동기에서 필요한 일률은 W = Q × (T_H − T_C)/T_C = 1 µW × (300 − 0.01)/0.01 ≈ 30 mW입니다. 같은 1 µW라도 4 K 단이라면 약 74 µW로 충분하며, 낮은 온도의 단일수록 열을 제거하는 비용이 자릿수가 다르게 커집니다. 실제 희석 냉동기에서 가장 차가운 단의 냉각 능력은 20 mK 부근에서 십수~수십 µW 정도가 기준으로, 4 K 단(1 W 정도)보다 훨씬 작으므로, 배선으로부터의 열 유입이나 회로의 발열은 되도록 온도가 높은 단에서 처리합니다. 이 때문에 제어용 회로를 극저온에 두는 경우에도 대부분 4 K 안팎의 단에 둡니다.