We consider a prototypical problem of Bayesian inference for a structured spiked model: a low-rank signal is corrupted by additive noise. While both information-theoretic and algorithmic limits are well understood when the noise is i.i.d. Gaussian, the more realistic case of structured noise still proves to be challenging. To capture the structure while maintaining mathematical tractability, a line of work has focused on rotationally invariant noise. However, existing studies either provide sub-optimal algorithms or they are limited to a special class of noise ensembles. In this paper, we establish the first characterization of the information-theoretic limits for a noise matrix drawn from a general trace ensemble. These limits are then achieved by an efficient algorithm inspired by the theory of adaptive Thouless-Anderson-Palmer (TAP) equations. Our approach leverages tools from statistical physics (replica method) and random matrix theory (generalized spherical integrals), and it unveils the equivalence between the rotationally invariant model and a surrogate Gaussian model.


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