Sensores quânticos estão preparados para detetar fraudes alimentares diretamente no supermercado

A fraude alimentar causa milhares de milhões de euros de prejuízos todos os anos e pode representar sérios riscos para a saúde. Exemplos comuns são o mel adulterado com água açucarada, o sumo de laranja ou a tequila diluídos com ingredientes mais baratos. Até à data, a verificação da autenticidade dos produtos alimentares requer análises laboratoriais - um processo que é complexo, dispendioso e demorado. O projeto QSPEC, financiado pelo BMFTR, aborda este desafio através do desenvolvimento de um método de espetroscopia de base quântica que é significativamente mais compacto e económico do que as técnicas existentes. O foco principal é o mel e o sumo de laranja, que se encontram entre os produtos alimentares mais frequentemente adulterados, de acordo com o Journal of Food Science. Os seis parceiros AMO GmbH, o grupo de investigação Photonic Quantum Technologies da Universidade Leibniz de Hannover (LUH), TOPTICA Photonics SE, AMOtronics UG, o Instituto Alemão de Tecnologias Alimentares (DIL) e o Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) estão a desenvolver em conjunto um sistema que inclui um laser, componentes quânticos ópticos e o respetivo hardware de deteção.

Explorar as diferenças de comprimento de onda nos pares de fotões

O método de espetroscopia baseia-se na utilização de pares de fotões emaranhados para a medição. O fotão de comprimento de onda longo interage com a amostra e modifica as suas propriedades; esta alteração é depois transferida para um fotão de comprimento de onda curto num segundo passo. Os investigadores utilizam as caraterísticas complementares dos dois comprimentos de onda no par de fotões: o fotão de comprimento de onda longo interage mais eficazmente com a amostra, enquanto o fotão de comprimento de onda curto é mais fácil de detetar.

Fontes laser para geração de fotões emaranhados

A TOPTICA SE e a LZH completaram dois blocos de construção fundamentais: novas fontes de laser para gerar fotões emaranhados utilizando um pente de frequências quânticas. Cada parceiro entregou um projeto de laser distinto à LUH. Ambos os lasers emitem a um comprimento de onda de 1 950 nm e apresentam uma largura de linha espetral muito estreita, inferior a 1 GHz, conforme necessário para bombear o pente de frequências quântico. As duas fontes diferem nas suas caraterísticas de impulso. O laser LZH funciona no regime de picossegundos, enquanto o laser TOPTICA emite em modo de onda contínua (cw) e é sintonizável sem modo de salto de 1.920 nm a 1.980 nm.

Geração bem sucedida de pares de fotões emaranhados

Em paralelo, a AMO GmbH fabricou os primeiros chips nanofotónicos para o projeto. Estes chips integram os componentes essenciais necessários para a medição - incluindo os necessários para a geração de pentes de frequência quântica com os lasers TOPTICA e LZH - num formato extremamente compacto. Utilizando chips fabricados pela AMO, a LUH já demonstrou a geração de pares de fotões num comprimento de onda de 1550 nm - um primeiro marco importante no caminho para um princípio de medição baseado em quantum.

Sistema para estabilização da temperatura

As condições de temperatura estáveis são fundamentais para garantir que os componentes individuais, precisamente ajustados, forneçam resultados reprodutíveis sob as condições exigentes das medições quânticas. Para isso, a AMOtronics UG construiu um sistema dedicado de estabilização de temperatura. Uma das principais caraterísticas deste sistema é a sua arquitetura modular, que permite um controlo digital de precisão (PID) simples e independente e a monitorização da temperatura em até oito canais. Para além de uma interface gráfica de utilizador, o sistema oferece uma interface de software programável para uma integração flexível em configurações mais complexas.

Base de dados de referência para sumo de laranja e mel

Na próxima fase do projeto, os parceiros continuarão a desenvolver o sistema de laboratório e a convertê-lo num primeiro protótipo compacto. Utilizando este sistema, o DIL testará amostras de alimentos em relação a métodos de referência estabelecidos. O instituto está a construir uma base de dados de referência utilizando técnicas padrão como a espetroscopia NIR e NMR como referência para validação posterior. O sumo de laranja e o mel são as primeiras amostras de alimentos a serem investigadas. Com o protótipo, os investigadores efectuarão depois medições comparativas para avaliar e aperfeiçoar o seu desempenho analítico. Isto irá expandir a base de dados e, em última análise, permitir conclusões sobre a origem e a composição dos produtos alimentares - com vantagens em termos de rapidez, precisão e facilidade de utilização em comparação com os métodos actuais.

Os parceiros do projeto pretendem lançar as bases para um sistema industrial suficientemente pequeno e acessível para uma utilização generalizada. A sua visão a longo prazo é integrar esta funcionalidade diretamente num smartphone - para que todos possam saber exatamente o que está nos seus alimentos.

Sobre o QSPEC

O projeto QSPEC é financiado pelo Ministério Federal Alemão da Investigação, Tecnologia e Espaço (BMFTR) ao abrigo da iniciativa de financiamento "Lighthouse Projects in Quantum-Based Metrology for Addressing Societal Challenges". O coordenador do consórcio é a AMO GmbH. Outros parceiros incluem o Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH), o grupo de investigação Photonic Quantum Technologies da Universidade Leibniz de Hannover (LUH), TOPTICA SE, AMOtronics UG e DIL Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik e.V. Os parceiros associados são AIRSENSE Analytics GmbH, J&M Analytik, VPIphotonics GmbH e Food Processing Initiative e.V.