Des capteurs quantiques sont prêts à détecter la fraude alimentaire directement dans les supermarchés

La fraude alimentaire cause chaque année des milliards de dommages et peut présenter de graves risques pour la santé. Parmi les exemples les plus courants, on peut citer le miel frelaté avec de l'eau sucrée, le jus d'orange ou la tequila dilués avec des ingrédients moins chers. Jusqu'à présent, la vérification de l'authenticité des produits alimentaires nécessite une analyse en laboratoire - un processus complexe, coûteux et qui prend du temps. Le projet QSPEC, financé par le BMFTR, relève ce défi en développant une méthode de spectroscopie quantique nettement plus compacte et plus rentable que les techniques existantes. L'accent est mis sur le miel et le jus d'orange, qui figurent parmi les produits alimentaires les plus fréquemment frelatés selon le Journal of Food Science. Les six partenaires AMO GmbH, le groupe de recherche Photonic Quantum Technologies de l'université Leibniz de Hanovre (LUH), TOPTICA Photonics SE, AMOtronics UG, l'Institut allemand des technologies alimentaires (DIL) et Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) développent conjointement un système comprenant un laser, des composants d'optique quantique et le matériel de détection associé.

Exploitation des différences de longueur d'onde dans les paires de photons

La méthode de spectroscopie repose sur l'utilisation de paires de photons intriqués pour la mesure. Le photon de grande longueur d'onde interagit avec l'échantillon et modifie ses propriétés ; ce changement est ensuite transféré à un photon de courte longueur d'onde dans une seconde étape. Les chercheurs utilisent les caractéristiques complémentaires des deux longueurs d'onde de la paire de photons : le photon de grande longueur d'onde interagit plus efficacement avec l'échantillon, tandis que le photon de courte longueur d'onde est plus facile à détecter.

Sources laser pour la génération de photons intriqués

TOPTICA SE et LZH ont mis au point deux éléments clés : de nouvelles sources laser pour générer des photons intriqués à l'aide d'un peigne de fréquence quantique. Chaque partenaire a livré un modèle de laser distinct à LUH. Les deux lasers émettent à une longueur d'onde de 1 950 nm et présentent une largeur de raie spectrale très étroite, inférieure à 1 GHz, nécessaire au pompage du peigne de fréquences quantique. Les deux sources diffèrent par leurs caractéristiques d'impulsion. Le laser LZH fonctionne dans le régime picoseconde, tandis que le laser TOPTICA émet en mode continu (cw) et est accordable sans saut de mode de 1 920 nm à 1 980 nm.

Génération réussie de paires de photons intriqués

Parallèlement, AMO GmbH a fabriqué les premières puces nanophotoniques pour le projet. Ces puces intègrent les composants essentiels requis pour la mesure - y compris ceux nécessaires pour générer des peignes de fréquence quantiques avec les lasers TOPTICA et LZH - dans un format extrêmement compact. En utilisant les puces fabriquées par AMO, LUH a déjà démontré la génération de paires de photons à une longueur d'onde de 1550 nm - un premier jalon important sur la voie d'un principe de mesure basé sur les quanta.

Système de stabilisation de la température

Des conditions de température stables sont essentielles pour garantir que les composants individuels précisément adaptés fournissent des résultats reproductibles dans les conditions exigeantes des mesures quantiques. Pour ce faire, AMOtronics UG a mis au point un système de stabilisation de la température. L'une des principales caractéristiques de ce système est son architecture modulaire, qui permet un contrôle numérique de précision (PID) simple et indépendant, ainsi que la surveillance de la température sur un maximum de huit canaux. En plus d'une interface utilisateur graphique, le système offre une interface logicielle programmable pour une intégration flexible dans des installations plus complexes.

Base de données de référence pour le jus d'orange et le miel

Au cours de la prochaine phase du projet, les partenaires poursuivront le développement du système de laboratoire et le transformeront en un premier prototype compact. À l'aide de ce système, le DIL testera des échantillons d'aliments par rapport à des méthodes de référence établies. L'institut est en train de constituer une base de données de référence en utilisant des techniques standard telles que la spectroscopie NIR et NMR comme référence pour une validation ultérieure. Le jus d'orange et le miel sont les premiers échantillons alimentaires étudiés. Avec le prototype, les chercheurs effectueront ensuite des mesures comparatives afin d'évaluer et d'affiner ses performances analytiques. Cela permettra d'élargir la base de données et, à terme, de tirer des conclusions sur l'origine et la composition des produits alimentaires - avec des avantages en termes de rapidité, de précision et de facilité d'utilisation par rapport aux méthodes actuelles.

Les partenaires du projet visent à jeter les bases d'un système industriel suffisamment petit et abordable pour être déployé à grande échelle. Leur vision à long terme est d'intégrer cette fonctionnalité directement dans un smartphone, afin que chacun puisse savoir exactement ce que contiennent ses aliments.

À propos de QSPEC

Le projet QSPEC est financé par le ministère fédéral allemand de la recherche, de la technologie et de l'espace (BMFTR) dans le cadre de l'initiative de financement "Lighthouse Projects in Quantum-Based Metrology for Addressing Societal Challenges" (Projets phares en métrologie quantique pour relever des défis sociétaux). Le coordinateur du consortium est AMO GmbH. Les autres partenaires sont Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH), le groupe de recherche Photonic Quantum Technologies de l'université Leibniz de Hanovre (LUH), TOPTICA SE, AMOtronics UG et DIL Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik e.V. Les partenaires associés sont AIRSENSE Analytics GmbH, J&M Analytik, VPIphotonics GmbH et Food Processing Initiative e.V.