Hafen Hamburg: Quanten-inspirierte Algorithmen für weniger Stau

Die Hamburger Hafenbehörde (Hamburg Port Authority/ HPA) setzt in einem Pilotprojekt Quanten-inspirierte Technologie des ITK-Anbieters Fujitsu ein, mit dem Ziel Warenströme zu beschleunigen und damit Staus und die entsprechenden Emissionen zu reduzieren. In Zusammenarbeit mit Fujitsu und der TU Graz hat die HPA laut einer Pressemitteilung vom 9. Dezember die Potenziale des „Digital Annealers“ für dieses Ziel analysiert und ausgelotet. Im Fokus habe der Einsatz der Quanten-inspirierten Technologie und der entsprechenden Services im Zusammenspiel mit den relevanten Verkehrsdaten zur Optimierung des Verkehrsflusses im Lieferverkehr unter ausdrücklicher Einbeziehung der bisherigen Kontroll-Infrastruktur gestanden, heißt es.

Anstelle einer lokal adaptiven Ampelsteuerung an einzelnen Kreuzungen optimiert in dem Szenario Fujitsu zufolge der Digital Annealer das gesamte System. Das soll perspektivisch insgesamt zu kürzeren Wartezeiten der Schiffe, Lkws und Transporter führen, bis sie be- oder entladen werden.  Beim Digital Annealer handelt es sich nach Unternehmensangaben um eine Brückentechnologie, die quantenmechanische Effekte emuliert und so in der Lage ist, kombinatorische Optimierungsprobleme deutlich schneller zu lösen als konventionelle Hardware.

Den gesamten Verkehrsfluss berechnen und optimieren

In Hamburg sollen dabei jener Teile der Infrastruktur optimiert werden, die – wie Straßen, Kreuzungen und Brücken – mit Ampeln versehen sind. Implementiert wird die Lösung in einem geografisch eng eingegrenzten Umfeld, das nur schwer ausgebaut werden kann und zudem durch den ständigen Druck hoher Zusatzkosten bei Überschreiten der Be- und Entladezeiten sowie maritimen Besonderheiten wie etwa dem Tidenhub gekennzeichnet ist.

Dabei kommen laut Fujitsu sogenannte QUBO-Gleichungen (Quadratic unconstrained binary optimization) zum Einsatz, die eine mathematische Formulierung des Problems „Was ist die optimale Phasenlänge für jede Ampel und Kreuzung im betrachteten Bereich?“ darstellen. Konkret werden für die Auswahl einer Lösung alle möglichen Kombinationen von Ampelphasen aller vorhandenen Kreuzungen betrachtet und ihre Auswirkungen simuliert.

In der aktuellen Projektphase wurden laut Fujitsu in einer Simulation historische Daten vom Hamburger Hafen in der vorhandenen Infrastruktur implementiert, um mögliche Verbesserungen aufzuzeigen. Im ersten Quartal 2022 soll das Projekt in die vierte Phase gehen, die die Implementierung eines Testbeds im Hafengebiet zum Ziel hat.