04. März 2022

Quantencomputing: großes Potenzial für die maritime Wirtschaft

Referenten der Veranstaltung Maritimes Business Frühstück Quantencomputing

V.l.n.r.: Matthias Imrecke (Imrecke Consulting), Ole John (Fraunhofer CML, Leitung der MCN-Fachgruppe Maritime Informations- und Kommunikationstechnologien), Sebastian Rubbert (Fraunhofer CML), Dr. Wolfgang Mergenthaler (FCE Frankfurt Consulting Engineers). – © MCN e. V.

Wenn Hochleistungscomputer an ihre Grenzen kommen, kann Quantencomputing eine Option sein. Aber was genau ist das eigentlich, wie praxistauglich ist die Technologie bereits und welche konkreten Einsatzmöglichkeiten gibt es in der maritimen Wirtschaft? Diesen Fragen widmete sich das Maritime Cluster Norddeutschland (MCN) Anfang März anlässlich eines Maritimen Business Frühstücks im Berliner Bogen in Hamburg. Für die Vorträge eingeladen waren Sebastian Rubbert, Theoretischer Physiker und Datenwissenschaftler beim Fraunhofer CML in Hamburg, und Wolfgang Mergenthaler, Managing Director bei FCE Frankfurt Consulting Engineers in Frankfurt am Main.

Ein Beispiel aus der Schifffahrt zeigt, wie schnell der Rechenaufwand so umfangreich werden kann, dass klassische Rechner diese Aufgabe nicht mehr lösen können: „Bei der flottenweisen Routenplanung steigt die Menge der möglichen Routen stark mit der Anzahl der Häfen: Bereits bei 60 Häfen sind es mehr Möglichkeiten als Teilchen im Universum“, erläuterte Sebastian Rubbert. Das sei für herkömmliche Computer nicht möglich zu rechnen.

Grundlagenforschung ist abgeschlossen

Mithilfe von Quantencomputing könne in solchen Fällen aber nicht nur überhaupt und schneller gerechnet werden, sondern es würden auch bessere Ergebnisse erzielt. Denn während klassische Rechner mit Bits nur entweder 0 oder 1 rechnen könnten, erlaube es der Quantencomputer, beliebige Wahrscheinlichkeiten für beide Zustände annehmen. „Ein klassischer Rechner benötigt bei einer unstrukturierten Suche eine Million Schritte, um eine Million Möglichkeiten durchzurechnen, der Quantencomputer mithilfe des Grover-Algorithmus hingegen nur wenige tausend“, so Rubbert. Die Grundlagenforschung zu gängigen Technologien sei mehr oder weniger abgeschlossen: „Wir sind auf dem Weg zur technischen Reife“, so der Physiker. „Insgesamt sehe ich ein großes Potenzial für Quantencomputing.“

Ein Beispiel ist die Just-in-time-Navigation, die als Anwendungsfall von Wolfgang Mergenthaler vorgestellt wurde. Gerade Tanker und Massengutschiffe hätten oft lange Wartezeiten in den Häfen, wenn dort nach ihrer Ankunft (noch) kein Liegeplatz frei ist. Wüsste der Kapitän dies vorher, könnte er – vertragliche Fragestellungen einmal außen vor gelassen – beispielsweise langsamer fahren und dadurch Treibstoff sparen. Um den hierfür erforderlichen Datenaustausch zu verbessern, hat die internationale Seeschifffahrtsorganisation IMO (International Maritime Organization) daher 2020 mit dem „Just in Time Arrival Guide“ einen Leitfaden vorgelegt.

Für die Just-in-time-Navigation arbeitet FCE Frankfurt Consulting Engineers mit dem MCN-Mitglied Imrecke Consulting mit Sitz in Ellerau (Schleswig-Holstein), der Jade Hochschule am Campus Elsfleth und der Universität Frankfurt zusammen. „Unser Ziel ist ein optimiertes Geschwindigkeitsprofil. Dadurch ist eine zehn- bis zwölfprozentige Einsparung von Treibstoff durchaus realistisch“, so Mergenthaler.

Erste vielversprechende Versuche in der Praxis

Gesucht wird hier eine Funktion, die bei vorgegebener Reisezeit den Treibstoffverbrauch minimiert. Erste vielversprechende Versuche wurden bereits auf einem Quantencomputer durchgeführt. „Dadurch können wir berechnen, wie die Geschwindigkeit optimal an aktuelle Bedingungen angepasst werden kann“, so der Geschäftsführer. Auch für eine Kursoptimierung sei das ohne Probleme möglich.

„Von der reinen Theorie gibt es jetzt die ersten Anwendungen“, so das positive Resümee von Jan Solle, stellvertretender Geschäftsstellenleiter des MCN Hamburg. „Die IMO ist meist eher spät dran, das Tempo werden also die Nutzer vorgeben, um die Möglichkeiten der Dekarbonisierung zu nutzen. Wir haben das Thema nun sehr früh aufgegriffen, aber wir greifen gerne Trends auf.“