We introduce a notion of \emph{generic local algorithm} which strictly generalizes existing frameworks of local algorithms such as \emph{factors of i.i.d.} by capturing local \emph{quantum} algorithms such as the Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA). Motivated by a question of Farhi et al. [arXiv:1910.08187, 2019] we then show limitations of generic local algorithms including QAOA on random instances of constraint satisfaction problems (CSPs). Specifically, we show that any generic local algorithm whose assignment to a vertex depends only on a local neighborhood with $o(n)$ other vertices (such as the QAOA at depth less than $\epsilon\log(n)$) cannot arbitrarily-well approximate boolean CSPs if the problem satisfies a geometric property from statistical physics called the coupled overlap-gap property (OGP) [Chen et al., Annals of Probability, 47(3), 2019]. We show that the random MAX-k-XOR problem has this property when $k\geq4$ is even by extending the corresponding result for diluted $k$-spin glasses. Our concentration lemmas confirm a conjecture of Brandao et al. [arXiv:1812.04170, 2018] asserting that the landscape independence of QAOA extends to logarithmic depth -- in other words, for every fixed choice of QAOA angle parameters, the algorithm at logarithmic depth performs almost equally well on almost all instances. One of these concentration lemmas is a strengthening of McDiarmid's inequality, applicable when the random variables have a highly biased distribution, and may be of independent interest.


翻译:我们引入了 emph{ generic 本地算法 概念, 严格概括了现有的本地算法框架, 例如 i. i. d. 的 emph{quantum} 。 具体来说, 我们展示了任何通用本地算法的框架, 例如 Quantum Apgy Optimization Algorithm (QAOA) 。 受到 Farhi et al. [arXiv: 10.08187, 20199] 问题的驱使, 我们随后展示了通用本地算法的局限性, 包括QAOAA 对随机的制约满意度( CSPs. ) 。 具体来说, 任何通用本地算法的本地算法, 比如说, QA 几乎只能依靠 $( n) 其他的 QOA (QA), QA 的 Oral- drial- ral- liqalalalalal- Q.

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