量子電腦硬體
從 10 mK 的冷卻段抽出 1 µW 的熱並排放到 300 K 時，依卡諾極限所需的最小功率最接近下列何者？
- A約 1 µW
- B約 30 mW
- C約 30 W
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正確答案：B. 約 30 mW
卡諾冷凍機所需的功率為 W = Q × (T_H − T_C)/T_C = 1 µW × (300 − 0.01)/0.01 ≈ 30 mW。同樣 1 µW 若在 4 K 段只需約 74 µW，溫度越低的冷卻段，移除熱的代價高出好幾個數量級。實際稀釋冷凍機最冷一段的冷卻能力，在 20 mK 附近大約只有十幾到數十 µW，遠小於 4 K 段（約 1 W），因此從配線流入的熱與電路的發熱，要盡量在溫度較高的段處理。基於同樣的理由，把控制電路放在極低溫時，多半也放在 4 K 左右的冷卻段。
- A. 這是把抽出的熱與功當成相等的值。從低溫抽出熱需要與溫度比相應的大量功。
- B. 正確。1 µW × (300 − 0.01)/0.01 ≈ 30 mW。
- C. 這是把 1 µW 誤當成 1 mW 時的值。