A line of work initiated by Fortnow in 1997 has proven model-independent time-space lower bounds for the $\mathsf{SAT}$ problem and related problems within the polynomial-time hierarchy. For example, for the $\mathsf{SAT}$ problem, the state-of-the-art is that the problem cannot be solved by random-access machines in $n^c$ time and $n^{o(1)}$ space simultaneously for $c < 2\cos(\frac{\pi}{7}) \approx 1.801$. We extend this lower bound approach to the quantum and randomized domains. Combining Grover's algorithm with components from $\mathsf{SAT}$ time-space lower bounds, we show that there are problems verifiable in $O(n)$ time with quantum Merlin-Arthur protocols that cannot be solved in $n^c$ time and $n^{o(1)}$ space simultaneously for $c < \frac{3+\sqrt{3}}{2} \approx 2.366$, a super-quadratic time lower bound. This result and the prior work on $\mathsf{SAT}$ can both be viewed as consequences of a more general formula for time lower bounds against small-space algorithms, whose asymptotics we study in full. We also show lower bounds against randomized algorithms: there are problems verifiable in $O(n)$ time with (classical) Merlin-Arthur protocols that cannot be solved in $n^c$ randomized time and $O(\log n)$ space simultaneously for $c < 1.465$, improving a result of Diehl. For quantum Merlin-Arthur protocols, the lower bound in this setting can be improved to $c < 1.5$.
翻译:Fortnow 于1997年启动的一行工程证明,对于 $\ mathsfsf{SAT} 问题和多式时间结构中的相关问题, 美元( mathsfsf{SAT} 美元) 的问题无法通过随机访问机器解决, 美元( c) 美元( 美元) 和 美元( o) (美元) 时间( 2\ co) (flac) 0. 4) (approx 1. 801美元) 。 我们将这种较低约束方法扩大到数量和随机约束域。 例如, 美元( mathsf{ SAT} 时间- SAT} 美元问题, 最先进的是, 美元(n) 美元(n) 时间( c) 美元( 美元) 时间( 美元) 和 美元( 美元) 美元( 美元) ( 美元) 美元( frac) (rockrox 1. 0) 美元( 美元) 。 美元(rc) 美元(rorx_ral_ral_ral_ral_ral) ral_) 时间( 美元) 时间( 美元) 美元) 时间( 美元) 时间( 美元) 美元) 美元) 美元) 和美元(美元) 时间(美元) 时间(美元) 美元) 美元) 美元) 美元(美元) 美元) 时间(美元) 时间(美元) 时间(美元) (美元) 可以(美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (美元) (