We study the complexity of problems solvable in deterministic polynomial time with access to an NP or Quantum Merlin-Arthur (QMA)-oracle, such as $P^{NP}$ and $P^{QMA}$, respectively. The former allows one to classify problems more finely than the Polynomial-Time Hierarchy (PH), whereas the latter characterizes physically motivated problems such as Approximate Simulation (APX-SIM) [Ambainis, CCC 2014]. In this area, a central role has been played by the classes $P^{NP[\log]}$ and $P^{QMA[\log]}$, defined identically to $P^{NP}$ and $P^{QMA}$, except that only logarithmically many oracle queries are allowed. Here, [Gottlob, FOCS 1993] showed that if the adaptive queries made by a $P^{NP}$ machine have a "query graph" which is a tree, then this computation can be simulated in $P^{NP[\log]}$. In this work, we first show that for any verification class $C\in\{NP,MA,QCMA,QMA,QMA(2),NEXP,QMA_{\exp}\}$, any $P^C$ machine with a query graph of "separator number" $s$ can be simulated using deterministic time $\exp(s\log n)$ and $s\log n$ queries to a $C$-oracle. When $s\in O(1)$ (which includes the case of $O(1)$-treewidth, and thus also of trees), this gives an upper bound of $P^{C[\log]}$, and when $s\in O(\log^k(n))$, this yields bound $QP^{C[\log^{k+1}]}$ (QP meaning quasi-polynomial time). We next show how to combine Gottlob's "admissible-weighting function" framework with the "flag-qubit" framework of [Watson, Bausch, Gharibian, 2020], obtaining a unified approach for embedding $P^C$ computations directly into APX-SIM instances in a black-box fashion. Finally, we formalize a simple no-go statement about polynomials (c.f. [Krentel, STOC 1986]): Given a multi-linear polynomial $p$ specified via an arithmetic circuit, if one can "weakly compress" $p$ so that its optimal value requires $m$ bits to represent, then $P^{NP}$ can be decided with only $m$ queries to an NP-oracle.


翻译:我们研究了在确定性多式时间( APX- SIM) [ AMBAINS, CCC 2014] 这样的问题的复杂性。 在这一领域, 一个核心角色是由以下类( $PQNP[\log]] 和 美元( MA[ 美元] 直接界定的 美元( 美元) 。 前者允许对问题进行比多盘式( PH) 更精细的分类, 而后者则将“ 近似模拟( APX- SIM) ( AMBB) [ 美元, CCC 。 。 在“ 直观” 中, 一个核心角色是 $PNP[ 上 和 美元( 美元( 美元) 。 在“ QPNPQNP [ 和 美元( 美元) 中, 美元( 美元( 美元) 的解算法框架。 这里, [ Gotlob, 显示任何调试算的“ 数字” 和“ 美元( 美元( QNPNPNPQQQ) 。

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