Sachverhalt:
A. Das Jugendgericht Winterthur verurteilte am 17. Juni 2009 X._ (geb. 1991) wegen Schändung zum Nachteil von A._, mehrfachen Raubes, falscher Anschuldigung, Hausfriedensbruchs, mehrfacher Sachbeschädigung, mehrfachen teilweise geringfügigen Diebstahls sowie mehrfacher Übertretung des Betäubungsmittelgesetzes zu einem unbedingten Freiheitsentzug von elf Monaten. Es rechnete 17 Tage erstandene Haft sowie 161 Tage Unterbringung in geschlossenen Anstalten an den Freiheitsentzug an.
Das Jugendgericht ordnete ausserdem eine Unterbringung von X._ in einer geschlossenen Einrichtung im Sinne von Art. 15 Abs. 1 und 2 JStG sowie eine ambulante Behandlung gemäss Art. 14 JStG an. Ferner verpflichtete es ihn zu verschiedenen Schadenersatzleistungen.
B. X._ sowie die Jugendstaatsanwaltschaft des Kantons Zürich erhoben gegen dieses Urteil Berufung an das Obergericht des Kantons Zürich. X._ beschränkte seine Berufung auf die Schuldsprüche wegen Schändung, Sachbeschädigung zum Nachteil der SBB, die Strafzumessung, die Schadenersatzleistung zugunsten der SBB sowie die Genugtuungsforderung zugunsten von A._. Die Jugendstaatsanwaltschaft richtete ihre Berufung auf die Strafe und die Anrechnung der vorsorglichen Schutzmassnahme.
C. Das Obergericht des Kantons Zürich stellte mit Urteil vom 26. Februar 2010 die Rechtskraft der nicht angefochtenen Urteilspunkte des Jugendgerichts Winterthur fest und sprach X._ der Schändung sowie der Sachbeschädigung zum Nachteil der SBB schuldig. Es bestrafte ihn mit 11 Monaten Freiheitsentzug, welche durch vorläufige Festnahme, Untersuchungs- und Sicherheitshaft sowie bisherige Unterbringung erstanden seien. Zudem verpflichte es ihn zu einer Genugtuungszahlung zugunsten von A._ im Umfang von Fr. 4'000.--. Die Schadenersatzleistung zugunsten der SBB verwies es auf den Zivilweg.
D. Die Jugendstaatsanwaltschaft des Kantons Zürich führt Beschwerde in Strafsachen. Sie beantragt, Ziff. 2 des vorinstanzlichen Urteilsdispositivs betreffend Anrechnung der vorsorglichen Schutzmassnahme an den ausgefällten Freiheitsentzug aufzuheben und durch folgende Anordnung zu ersetzen: "Der Angeklagte wird bestraft mit 11 Monaten Freiheitsentzug, wovon 17 Tage durch Untersuchungshaft erstanden sind".
E. Die Vorinstanz verzichtet auf eine Vernehmlassung. Der Beschwerdegegner beantragt, die Beschwerde sei abzuweisen, und es sei ihm unter Beiordnung von Corinne Saner als unentgeltliche Rechtsbeiständin die unentgeltliche Rechtspflege zu gewähren.
Erwägungen:
1. Die vorliegende Beschwerde in Strafsachen richtet sich einzig gegen die vorinstanzliche Anrechnung der Dauer der vorsorglichen Unterbringung an den ausgefällten Freiheitsentzug.
1.1 Die Beschwerdeführerin macht geltend, die Vorinstanz verletze Art. 51 StGB in Verbindung mit Art. 1 Abs. 2 des Bundesgesetzes vom 20. Juni 2003 über das Jugendstrafrecht (Jugendstrafgesetz, JStG), Art. 1 Abs. 3 JStG in Verbindung mit Art. 2 JStG sowie Art. 11 und Art. 32 Abs. 3 JStG. Die Anrechnung der vorsorglich angeordneten Schutzmassnahme habe nicht im Zeitpunkt des Urteils zu erfolgen, in dem die definitive Schutzmassnahme angeordnet werde. Der Entscheid sei vielmehr im Rahmen der Aufhebung der Schutzmassnahme zu fällen beziehungsweise sei bei erreichtem Zweck der Massnahme obsolet. Andernfalls würde die vom Gesetzgeber angestrebte ergänzende Funktion von Schutzmassnahme und Strafe im Sinne des dualistischen Systems aufgehoben. Faktisch könnten Jugendliche, bei denen vorsorglich eine Schutzmassnahme angeordnet worden sei und die gemäss Urteil weitergeführt werde, nicht mehr bestraft werden. Dasselbe gelte für Jugendliche, die in eine Erziehungseinrichtung eingewiesen worden seien und während laufender Schutzmassnahme delinquierten. Diese könnten aufgrund der Anrechnung der Schutzmassnahme nicht mehr sanktioniert werden, was für die untergebrachten Jugendlichen einem Freipass gleichkäme, weiter zu delinquieren (Beschwerde, S. 4 ff.).
1.2 Die Vorinstanz erwägt, über den Zeitpunkt der Anrechnung der vorsorglichen Unterbringung sagten weder die Art. 15, 16 und 32 JStG noch die in Ergänzung zu den Bestimmungen des Jugendstrafrechts auf Jugendliche anwendbaren §§ 368-389 StPO/ZH, insbesondere die § 380 und § 382 StPO/ZH, etwas aus. In solchen Fällen seien gemäss Art. 1 Abs. 2 lit. b JStG ergänzend die Bestimmungen des Strafgesetzbuches - hier Art. 51 StGB (Anrechnung der Untersuchungshaft) - sinngemäss anwendbar. Unter dem in Art. 110 Abs. 7 StGB verwendeten Begriff "Untersuchungshaft" könne jede Form der Freiheitsentziehung verstanden werden, so auch die vorsorgliche Unterbringung. Diese sei im vorliegenden Fall damit begründet worden, dass "die persönliche, gesundheitliche, erzieherische und berufliche Betreuung" des Beschwerdegegners nicht habe anders gewährleistet werden können, weshalb die vorsorgliche Unterbringung vom Gericht im Rahmen der Strafausfällung auf die ausgefällte Strafe anzurechnen sei. Dass die Freiheitsstrafe im Urteilszeitpunkt vielfach bereits durch die vorsorgliche Schutzmassnahme erstanden sei, müsse hingenommen werden (angefochtenes Urteil, S. 22 f.).
1.3 Das am 1. Januar 2007 in Kraft getretene Jugendstrafrecht folgt wie das Strafgesetzbuch dem dualistisch-vikariierenden System, wonach neben einer Massnahme grundsätzlich auch eine Strafe auszufällen ist. Im Jugendstrafrecht stehen allerdings - im Unterschied zum Strafgesetzbuch - die erzieherischen Massnahmen im Vordergrund. Die Sanktionen des Jugendstrafrechts dienen nicht der Tatvergeltung, sondern verfolgen das Ziel, den zu beurteilenden Jugendlichen im Sinne der Spezialprävention von der Begehung weiterer Straftaten abzuhalten. So sieht Art. 2 Abs. 1 JStG vor, dass der Schutz und die Erziehung des Jugendlichen wegleitend für die Anwendung des Jugendstrafrechts sein sollen. Da bei Jugendlichen die Charakterbildung sowie die geistige und sittliche Entwicklung noch nicht abgeschlossen sind, muss sich die Strafe vor allem nach dem Alter und der gesamten Persönlichkeit des jugendlichen Täters richten, und zwar in der Weise, dass sie sich auf seine Weiterentwicklung nicht hemmend oder schädlich auswirkt, sondern diese im Gegenteil fördert und günstig beeinflusst (Urteil 6B_232/2010 vom 20. Mai 2010 E. 3.3 mit Hinweisen). Art. 2 Abs. 2 JStG bestimmt, dass den Lebens- und Familienverhältnissen des Jugendlichen sowie der Entwicklung seiner Persönlichkeit besondere Beachtung zu schenken ist. Entsprechend erfolgt die Wahl der Sanktion im Jugendstrafrecht nicht nach denselben Kriterien wie beim Erwachsenenstrafrecht. Die begangenen Straftaten werden nicht in erster Linie als Verletzung des Rechtsfriedens verstanden, die nach einer ausgleichenden oder vergeltenden Sanktion ruft, sondern als mögliches Indiz für eine Fehlentwicklung, die es aufzufangen gilt. Was im Einzelfall als erzieherisch wirksam und geboten erscheint, beurteilt sich nach dem Persönlichkeitsbild des Delinquenten und seinem "Erziehungszustand" (Urteil 6B_232/2010 vom 20. Mai 2010 E. 3.3 mit zahlreichen Hinweisen auf Literatur und Rechtsprechung).
1.4 Art. 10 Abs. 1 JStG regelt, dass die urteilende Behörde die nach den Umständen erforderlichen Schutzmassnahmen anordnet, wenn der Jugendliche eine mit Strafe bedrohte Tat begangen hat und die Abklärung ergibt, dass er einer besonderen erzieherischen Betreuung oder therapeutischen Behandlung bedarf, unabhängig davon, ob er schuldhaft gehandelt hat. Ist dies jedoch der Fall, verhängt die urteilende Behörde zusätzlich zu einer Schutzmassnahme oder als einzige Rechtsfolge eine Strafe ([...] Art. 11 Abs. 1 JStG).
1.5 Nach Art. 15 Abs. 1 und 2 JStG ist eine Unterbringung anzuordnen, wenn die notwendige Erziehung und Behandlung des Jugendlichen nicht anders sichergestellt werden kann. Diese erfolgt namentlich bei Privatpersonen oder in Erziehungs- oder Behandlungseinrichtungen, die in der Lage sind, die erforderliche erzieherische oder therapeutische Hilfe zu leisten (Abs. 1). Die urteilende Behörde darf die Unterbringung in einer geschlossenen Einrichtung nur anordnen, wenn sie für den persönlichen Schutz oder für die Behandlung der psychischen Störung des Jugendlichen unumgänglich ist (lit. a) oder für den Schutz Dritter vor schwer wiegender Gefährdung durch den Jugendlichen notwendig ist (lit. b.).
1.5 Nach Art. 15 Abs. 1 und 2 JStG ist eine Unterbringung anzuordnen, wenn die notwendige Erziehung und Behandlung des Jugendlichen nicht anders sichergestellt werden kann. Diese erfolgt namentlich bei Privatpersonen oder in Erziehungs- oder Behandlungseinrichtungen, die in der Lage sind, die erforderliche erzieherische oder therapeutische Hilfe zu leisten (Abs. 1). Die urteilende Behörde darf die Unterbringung in einer geschlossenen Einrichtung nur anordnen, wenn sie für den persönlichen Schutz oder für die Behandlung der psychischen Störung des Jugendlichen unumgänglich ist (lit. a) oder für den Schutz Dritter vor schwer wiegender Gefährdung durch den Jugendlichen notwendig ist (lit. b.).
1.6 1.6.1 Der Auffassung der Vorinstanz, vorsorgliche Schutzmassnahmen seien als Untersuchungshaft im Sinne von Art. 110 Abs. 7 StGB zu verstehen, weshalb Art. 51 StGB (Anrechnung von Untersuchungshaft) in Verbindung mit Art. 1 Abs. 2 JStG anzuwenden und die vorsorgliche Massnahme auf den Freiheitsentzug anzurechnen sei, kann nicht gefolgt werden. Das Jugendstrafrecht nimmt im Gegensatz zum Strafgesetzbuch eine klare Unterscheidung zwischen vorsorglichen Schutzmassnahmen (Art. 5 JStG und Art. 26 Abs. 1 lit. c JStPO) und der Untersuchungshaft (Art. 6 aJStG bzw. Art. 26 Abs. 1 lit. b JStPO) vor. Im Sinne einer ultima ratio darf die Untersuchungshaft nur angeordnet werden, wenn ihr Zweck nicht durch andere Massnahmen erreicht werden kann (Art. 6 Abs. 1 Satz 1 aJStG bzw. Art. 27 Abs. 1 JStPO). Es widerspricht daher der Gesetzessystematik, vor allem aber Sinn und Zweck des Jugendstrafrechts, Untersuchungshaft und vorsorgliche Schutzmassnahmen im vorliegenden Zusammenhang gleich zu behandeln.
1.6.2 Art. 32 JStG (Zusammentreffen von Schutzmassnahmen und Freiheitsentzug) ist auch bei vorsorglich angeordneten Schutzmassnahmen anwendbar. Art. 5 JStG erteilt der zuständigen Behörde die Kompetenz, während der Untersuchung vorsorgliche Schutzmassnahmen gemäss den Verfahrensbestimmungen der definitiven Schutzmassnahmen in Art. 12-15 JStG anzuordnen. Die Vorinstanz hält zu Recht fest, dass Art. 32 JStG über den Zeitpunkt der Anrechnung der vorsorglichen Schutzmassnahmen nichts aussagt. Diese Bestimmung regelt lediglich die Koordination der beiden Sanktionsarten. Nach Abs. 1 geht die Unterbringung dem Vollzug eines gleichzeitig ausgesprochenen oder eines wegen Widerrufs oder Rückversetzung vollziehbaren Freiheitsentzuges voraus. Wird die Unterbringung aufgehoben, weil sie ihren Zweck erreicht hat, so wird der Freiheitsentzug nicht mehr vollzogen (Abs. 2). Wird die Unterbringung aus einem anderen Grund aufgehoben, so entscheidet die urteilende Behörde, ob und wieweit der Freiheitsentzug noch zu vollziehen ist. Dabei ist die mit der Unterbringung verbundene Freiheitsbeschränkung anzurechnen (Abs. 3). Aus Abs. 3 ergibt sich somit, dass die aufgehobene Unterbringung nicht automatisch an den Freiheitsentzug anzurechnen ist, wenn der Massnahmezweck nicht erreicht worden ist. Es liegt im Ermessen der urteilenden Behörde, ob sie den Vollzug des ganzen oder nur eines Teils des Freiheitsentzugs anordnen oder aber ganz darauf verzichten möchte (HANSUELI GÜRBER/CHRISTOPH HUG/PATRIZIA SCHLÄFLI, BSK Strafrecht I, Art. 32 JStG N. 6; PETER AEBERSOLD, Schweizerisches Jugendstrafrecht, 2007, S. 174). Art. 32 Abs. 3 JStG kommt nur zum Tragen, wenn der neben der Massnahme ausgesprochene Freiheitsentzug nicht bereits erstanden ist. Die Beschwerdeführerin weist in diesem Zusammenhang darauf hin, dass die im Jugendstrafrecht vergleichsweise kurzen Freiheitsentzüge durch die Anrechnung vorsorglicher Schutzmassnahmen im Zeitpunkt des Strafurteils regelmässig bereits abgegolten sind (hierzu auch DANIEL JOSITSCH/NATHALIE LOHRI, Sicherungsmassnahme im Jugendstrafrecht?, AJP 2008, S. 793). Im Schrifttum wird daher vorgeschlagen, über eine Anrechnung der Schutzmassnahme an die Strafe erst bei Aufhebung der Schutzmassnahme zu entscheiden (MARCEL RIESEN-KUPPER, in: StGB-Kommentar, 18. Aufl., 2010, Art. 1 JStG N. 44; FELIX BÄNZIGER/CHRISTOPH BURKHARD/CHARLES HÄNNI, Der Strafprozess im Kanton Bern, 2010, Art. 30 JStPO N. 1322).
Im Erwachsenen-Massnahmenrecht hat nach Auffassung von MARIANNE HEER, BSK Strafrecht I, Art. 57 N. 10, die Anrechnung einer vorsorglichen Massnahme an die ausgefällte Strafsanktion differenziert zu erfolgen. Wenn die vorsorgliche Massnahme gemäss Urteil in der Hauptsache unverändert als definitive Massnahme weitergeführt werden soll, ist erst nach deren Beendigung über die Anrechnung an die Freiheitsstrafe zu befinden. Ändert sie der Richter hingegen im Haupturteil, indem er etwa statt einer ambulanten eine stationäre Massnahme anordnet, hat er sie im Sachurteil formell aufzuheben, weshalb er - analog der Untersuchungshaft - über die Anrechnung der abgeschlossenen Massnahme an die Strafe zu entscheiden hat. Mit Blick auf das dualistische System des neuen Jugendstrafrechts erscheint es sinnvoll, den Zeitpunkt der Anrechnung einer Massnahme an den ausgefällten Freiheitsentzug auch im Jugendstrafrecht differenziert auszugestalten. Massgebend soll dabei ebenfalls sein, ob der Richter im Haupturteil die im Untersuchungsstadium vorsorglich angeordnete Massnahme unverändert weiterführt, ändert oder ganz aufhebt. Nur im Falle ihrer Änderung oder Aufhebung ist im Sachurteil über die Anrechnung zu befinden, ansonsten erst nach deren Beendigung.
1.7 Die Beschwerdeführerin ordnete am 7. Januar 2009 eine vorsorgliche geschlossene Unterbringung des Beschwerdegegners an (act. 17/1 der Vorakten), welche die erste Instanz sowie die Vorinstanz unverändert weiterführten. Die vorsorgliche sowie die anschliessende definitive geschlossene Unterbringung sind daher bei nicht erreichtem Massnahmeziel gemäss Art. 32 Abs. 3 JStG erst im Zeitpunkt der Beendigung der Massnahme an die ausgesprochene Freiheitsentziehung anzurechnen. Wird der Zweck der Massnahme hingegen erreicht, erfolgt keine Anrechnung, da der Freiheitsentzug nicht mehr vollzogen wird (Art. 32 Abs. 2 JStG).
2. 2.1 Die Beschwerde ist gutzuheissen. Das angefochtene Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich vom 26. Februar 2010 ist aufzuheben und die Sache zur neuen Entscheidung an die Vorinstanz zurückzuweisen.
2.2 Der Beschwerdegegner unterliegt mit seinem Antrag auf kostenfällige Abweisung der Beschwerde, weshalb er grundsätzlich kostenpflichtig wird (Art. 66 Abs. 1 BGG). Er stellt indes ein Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung, welches gutzuheissen ist. Seine Bedürftigkeit ist ausgewiesen, und sein Standpunkt kann nicht als aussichtslos bezeichnet werden, da er sich der vorinstanzlichen Auffassung anschliesst und die Rechtslage bis anhin unklar war (Art. 64 Abs. 1 und Abs. 2 BGG).
2.3 Der Beschwerdeführerin ist keine Parteientschädigung zuzusprechen (Art. 68 Abs. 3 BGG). Der Rechtsvertreterin des Beschwerdegegners ist eine angemessene Entschädigung aus der Bundesgerichtskasse auszurichten.
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird gutgeheissen. Das angefochtene Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich vom 26. Februar 2010 wird aufgehoben und die Sache zur neuen Entscheidung an die Vorinstanz zurückgewiesen.
2. Das Gesuch des Beschwerdegegners um unentgeltliche Rechtspflege wird gutgeheissen. Für das bundesgerichtliche Verfahren wird ihm Corinne Saner als unentgeltliche Anwältin beigegeben.
3. Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
4. Der Vertreterin des Beschwerdegegners, Corinne Saner, wird aus der Bundesgerichtskasse eine Entschädigung von Fr. 3'000.-- ausgerichtet.
5. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 11. Januar 2011
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Favre Keller