Smarte Schlepperdisposition durch hybride Optimierung mit Quantencomputing
Der Hamburger Hafen ist der größte Seehafen in Deutschland und Nummer Drei in Europa. Er ist maritimes Logistikzentrum und zunehmend „Quanten-Hotspot“. Hier forschen Institutionen, Unternehmen und Start-ups gemeinsam daran, Quantencomputing, eine der neuen Schlüsseltechnologien, zur industriellen Anwendung zu bringen.
Maritime Logistik ist ein Kaleidoskop aus komplexen Entscheidungsproblemen, von der Kai-Belegung über Schlepper- und Lotseneinsatz bis zur Routenwahl und Kraftstoffoptimierung. Und hier kommt nun das Projekt QTs – Quantum Tug Scheduling ins Spiel: Im Hamburger Hafen wird mithilfe eines hybriden Optimierungsverfahrens, also einer Kombination klassischer und quantenbasierter Algorithmen, die Disposition der Schlepperflotte smart neu gedacht.
Wie funktioniert die smarte Schlepperdisposition?
Die Herausforderung bei der Schlepper-Disposition ist mehrdimensional: Wann und wo ein Schlepper benötigt wird, hängt ab von Ankunfts- bzw. Abfahrtszeiten von Großschiffen, von Wasserstand und Strömung, von Lotsenverfügbarkeit, von möglichen Verzögerungen durch Wetter oder Hafenbetrieb. Jeder Schlepper-Einsatz ist somit Teil eines großen Optimierungspuzzles. Im Projekt „Quantum Tug Scheduling“ formalisieren die Forscher und Forscherinnen von Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen (CML) und den Partnern soft-park GmbH (Konsortialführer), der Schlepp-Reederei FAIRPLAY und Schleppdampfschiffs-Reederei Richard Borchard GmbH das Problem als mathematisches Optimierungsmodell.
Dabei wird das Verfahren in zwei Schritte zerlegt:
- Klassische Solver übernehmen die kontinuierlichen Subprobleme (z. B. Kraftstoffverbrauch, Wasserstandsprognosen)
- Hybride Quantenalgorithmen werden auf diskrete Subprobleme angewandt (z. B. welche Schlepper-Crew wird welchem Schiff zugewiesen, mit welchen Puffer- und Wartzeiten)
Ziel: höhere Planungsgüte, schnellere Entscheidungen und bessere Effizienz – etwa weniger Leerfahrten, geringerer Treibstoffverbrauch, geringere Verzögerungen bei Schiffsbewegungen.
Darüber hinaus ist ein benutzerfreundliches Interface geplant, das in vorhandene Betriebssysteme integriert werden könnte. Auch das ein deutliches Zeichen, dass hier kein reines
Warum ist das Projekt so spannend – nicht nur für Hamburg?
In einem Hafen wie Hamburg laufen tausende Dispositionsentscheidungen parallel ab, von LKW-Verkehr über Containerumschlag bis zur Schlepperplanung. Solche Prozesse erzeugen exponentiell viele Kombinationsmöglichkeiten, bei denen klassische Computer schnell an Grenzen stoßen, da diese Möglichkeiten schnell die Anzahl von Teilchen im Universum übertreffen. Während vollwertige Quantencomputer (mit tausenden fehlerarmen Qubits) noch in der Entwicklung sind, setzt das Projekt auf einen hybriden Ansatz: Klassisches Computing + Quantencomputing. Das erhöht die Praktikabilität und überbrückt die Lücke bis zur echten „Quantenüberlegenheit“. Dieses Vorgehen ist üblich zur Quantenoptimierung im Logistik- und Supply-Chain-Umfeld.
Weniger Leerfahrten, bessere Auslastung, geringerer Treibstoff- bzw. Energieverbrauch – all das sind Effekte, die unmittelbar in einer maritimen Umgebung wie Hamburg spürbar sind. In einer Branche, die unter Druck steht, Emissionen zu senken und effizienter zu werden, können solche digitalen und quantenbasierten Hebel wirtschaftlich und ökologisch eine große Rolle spielen.
Förderung entscheidend
Die Tatsache, dass Hamburg gleich mehrere große Initiativen und Förderprogramme im Bereich Quantentechnologie aufgenommen hat, kommt dem Projekt zugute. Das Vorhaben wird über einen Zeitraum von zwei Jahren, seit Juli 2025, durch das „Programm für Innovation (PROFI) – Modul PROFI Transfer“ der Hamburgischen Investitions- und Förderbank (IFB Hamburg) gefördert.
Hamburg bietet mit dem Hafen ein dynamisches Umfeld für praktische Use-Cases: einen hoch automatisierten Hafenbetrieb, eine starke Forschungs- und Industrielandschaft im Bereich Quantentechnologie und als Stadtstaat kurze Wege bis zur Umsetzung.
Während viele über Quantenoptimierung sprechen, setzen die Projektpartner und das Land Hamburg hier ein klares Zeichen: Die Kombination aus klassischer und quantenbasierter Optimierung könnte nicht nur Schlepperdisposition oder Hafenlogistik effizienter machen, sondern exemplarisch zeigen, wie die Schifffahrt im digitalen Zeitalter smarter, grüner und wirtschaftlich robuster wird.
Video zu dem ProjektQC Optimisation for Maritime Logistics – Case Studies | AIDAQ 2025 – YouTube