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Pushing Boundaries in BPL Derandomization

Descripción del proyecto

Repensar la aleatoriedad y la memoria en computación

Una cuestión importante en complejidad computacional es si los algoritmos aleatorios pueden ser simulados por los deterministas utilizando la misma cantidad de memoria, en concreto, la BPL frente a L. ¿Cuánta memoria se necesita realmente para los cálculos aleatorios? Los modelos actuales sugieren que la aleatoriedad puede eliminarse sin un enorme coste de memoria, pero sigue siendo difícil demostrarlo. El equipo del proyecto LBPL, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, pretende desarrollar generadores pseudoaleatorios y PRG ponderados para probar estos límites. Utilizando la teoría de grafos espectrales y un novedoso modelo de «entrada catalítica», el equipo está identificando los obstáculos de memoria que nos impiden construir algoritmos más rápidos y eficientes. En conjunto, el proyecto se acerca a la prueba de que la complejidad espacial aleatoria y determinista son equivalentes.

Objetivo

We propose to study one of the most fundamental problems in computational complexity theory: the BPL vs. L problem. Specifically, we aim to construct improved pseudorandom generators (PRGs) and weighted PRGs—a notion introduced by the PI and coauthors (STOC 18, CCC 21). In recent years, weighted PRGs have gained significant attention and played a central role in numerous advancements. Notably, the PI and coauthors leveraged WPRG techniques to improve the 30-year-old Saks-Zhou algorithm for iterated matrix multiplication (STOC 23).

Despite a flurry of progress in recent years, achieving breakthroughs on such fundamental problems will likely require fresh and innovative approaches. In this proposal, we present novel ideas drawing from spectral graph theory, computational methods, and combinatorial techniques. Some of these ideas build on the PI's analysis of rotating expanders (STOC 23), and of the Zig-Zag and other graph products (FOCS 24, ITCS 25). These efforts are further supported by promising preliminary results.

We also introduce a novel computational model, termed input catalytic machines, along with new PRG variants. These models hold the potential to shed new light on classical questions and the barriers that hinder progress. This adds a conceptual dimension to the proposal, increasing its likelihood of success. Furthermore, we propose to study key algorithmic problems, specifically focusing on their space complexity.

While challenging, we are well-positioned to tackle these longstanding open problems. The PI has made significant contributions, including introducing WPRGs, improving the Saks-Zhou algorithm, and achieving breakthroughs on foundational questions such as Ramsey graphs and tree code construction (STOC 16, STOC 18). Additionally, the PI's deep expertise in advanced mathematical theories, such as finite free probability, underpins the spectral methods integral to this proposal.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

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Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) ERC-2025-COG

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Institución de acogida

TEL AVIV UNIVERSITY
Aportación neta de la UEn
€ 2 000 000,00
Coste total
€ 2 000 000,00

Beneficiarios (1)