Sachverhalt:
A. A._, B._ und C._ trafen gemäss der Anklage am 17. Mai 2009 zwischen ca. 6 und 8.30 Uhr mit der damals 17 3⁄4-jährigen D._ in der Wohnung von C._s Bruder in Regensdorf ein. Dort schlief D._ kurze Zeit später unvermittelt auf dem Sofa im Wohnzimmer ein und verfiel in einen komatösen Zustand. A._ zog in Anwesenheit von B._ und C._ der auf dem Sofa liegenden D._ die Hose und Unterhose aus, küsste respektive leckte an deren Vagina und drang mit den Fingern darin ein. B._ trat an das Sofa heran, zog D._ das T-Shirt bis zum Hals hoch und entblösste ihre Brüste. A._ begann gleichzeitig an der rechten Brust von D._ zu lecken. C._ knetete ihre linke Brust. In der Folge behändigten sich B._ und C._ eine Banane in der Küche, die A._ in die Vagina von D._ einführte. Später tat er dies auch mit einer Karotte, die C._ in der Küche besorgt hatte. B._ und C._ filmten sämtliche sexuellen Handlungen an D._ mit ihren Mobiltelefonen respektive Fotokameras (Anklageschrift S. 3 f.).
Als D._ langsam aus ihrem komatösen Zustand erwachte, versuchte sie benommen, den über ihr liegenden A._ wegzustossen. A._ stiess die Arme von D._ zur Seite und lehnte sich mit seinem Körpergewicht gegen ihre Beine. Gleichzeitig griff auch B._ ein, der die Handgelenke der sich schwach wehrenden D._ packte und hernach ihre nackte rechte Brust knetete. Durch ihr Verhalten verunmöglichten A._ und B._ kurzzeitig eine weitere Gegenwehr von D._, sodass Ersterer die Penetration mit der Karotte und seinen Fingern unbeirrt fortsetzen konnte. Erst als D._ vollständig aus ihrem komatösen Zustand erwachte und sich heftig zu wehren begann, liess A._ von ihr ab. In etwa gleichzeitig setzten B._ und C._ mit dem Filmen aus. Während der gesamten rund 30 Minuten dauernden sexuellen Übergriffe wussten A._, B._ und C._, dass sich D._ die ganze Zeit in einem komatösen Zustand befand und nicht in der Lage war, sich dagegen zur Wehr zu setzen, zumindest jedoch ihren Willen kundzutun (Anklageschrift S. 4 f.).
B. Das Bezirksgericht Dielsdorf sprach A._, B._ und C._ am 2. Juli 2010 vom Vorwurf der Schändung frei. Das Obergericht des Kantons Zürich bestätigte am 14. Oktober 2011 die erstinstanzlichen Freisprüche. In weiteren Anklagepunkten kam es erst- und zweitinstanzlich zu einem Schuldspruch von B._ und C._.
Das Obergericht hält den äusseren Sachverhalt, wie er in der Anklageschrift festgehalten wurde, für erstellt. Es geht davon aus, D._ sei während der sexuellen Handlungen alkohol- und müdigkeitsbedingt in ihrer Widerstandsfähigkeit erheblich eingeschränkt gewesen. Nicht ausgeschlossen sei jedoch, dass A._, B._ und C._ der Auffassung waren, diese sei nicht widerstandsunfähig gewesen.
C. Die Staatsanwaltschaft führt Beschwerde in Strafsachen mit den Anträgen, das Urteil des Obergerichts vom 14. Oktober 2011 aufzuheben und die Strafsache zu neuer Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen.
D. A._ und B._ beantragen die Abweisung der Beschwerde. Das Obergericht verzichtet auf eine Stellungnahme. C._ liess sich nicht vernehmen.

Erwägungen:
1. 1.1 Die Beschwerdeführerin rügt eine offensichtlich falsche Sachverhaltsfeststellung und eine Verletzung von <ref-law>. Die Geschädigte sei widerstandsunfähig gewesen. Die Vorinstanz gehe willkürlich davon aus, die Beschwerdegegner hätten die Widerstandsunfähigkeit nicht erkannt.
1. 1.1 Die Beschwerdeführerin rügt eine offensichtlich falsche Sachverhaltsfeststellung und eine Verletzung von <ref-law>. Die Geschädigte sei widerstandsunfähig gewesen. Die Vorinstanz gehe willkürlich davon aus, die Beschwerdegegner hätten die Widerstandsunfähigkeit nicht erkannt.
1.2 1.2.1 Den Tatbestand der Schändung nach <ref-law> erfüllt, wer eine urteilsunfähige oder eine zum Widerstand unfähige Person in Kenntnis ihres Zustandes zum Beischlaf, zu einer beischlafsähnlichen oder einer anderen sexuellen Handlung missbraucht.
1.2.2 Widerstandsunfähig im Sinne von <ref-law> ist, wer nicht imstande ist, sich gegen ungewollte sexuelle Kontakte zu wehren. Die Bestimmung schützt somit Personen, die einen zur Abwehr ausreichenden Willen zum Widerstand gegen sexuelle Übergriffe nicht oder nicht sinnvoll bilden, äussern oder betätigen können. Dabei genügt, dass das Opfer nur vorübergehend zum Widerstand unfähig ist. Die Gründe für die Widerstandsunfähigkeit können dauernder oder vorübergehender, chronischer oder situationsbedingter Natur sein, also ebenso in schweren psychischen Defekten wie in einer hochgradigen Intoxikation durch Alkohol oder Drogen, in körperlicher Invalidität wie in einer Fesselung, in der besonderen Lage der Frau in einem gynäkologischen Stuhl, oder auch in einer Summierung von Schläfrigkeit, Alkoholisierung und einem Irrtum über die Identität des für den Ehemann gehaltenen Sexualpartners liegen. Erforderlich ist, dass die Widerstandsfähigkeit gänzlich aufgehoben und nicht nur in irgendeinem Grad beeinträchtigt oder eingeschränkt ist. Bei blosser - z.B. alkoholbedingter - Herabsetzung der Hemmschwelle ist keine Widerstandsunfähigkeit gegeben (<ref-ruling> E. 7.2 mit Hinweisen). Widerstandsunfähigkeit wird namentlich bejaht, wenn es dem Opfer unmöglich ist, den Angriff auf seine geschlechtliche Integrität abzuwehren, weil er von ihm nicht wahrgenommen wird (<ref-ruling> E. 7.4; vgl. auch Urteil 6B_140/2007 vom 30. Juli 2007 E. 5.2). Das zunächst tief schlafende Opfer bleibt nach der Rechtsprechung zum Widerstand unfähig, wenn es nach Beginn des sexuellen Übergriffs zwar erwacht, sich danach aber aus körperlichen Gründen nicht zur Wehr setzen kann (Urteil 6S.217/2002 vom 3. April 2003 E. 4).
Das Gesetz bezeichnet die Tathandlung der Schändung als Missbrauch. Ein solcher liegt vor, wenn die Widerstands- oder Urteilsunfähigkeit des Opfers die Tat ermöglicht und der Täter sich dies bewusst zunutze macht (Urteil 6S.359/2002 vom 7. August 2003 E. 4.2). Das Merkmal des Missbrauchs soll sicherstellen, dass nicht jeder sexuelle Umgang mit Menschen, die widerstands- oder urteilsunfähig sind, pönalisiert wird. Strafbar ist nur, wer die Widerstands- oder Urteilsunfähigkeit eines Menschen zu sexuellen Handlungen ausnützt und ihn damit als Sexualobjekt missbraucht (Urteil 6S.448/2004 vom 3. Oktober 2005 E. 1.3).
1.3 Die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz kann nur gerügt werden, wenn sie willkürlich (<ref-law>) ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (<ref-law>; <ref-ruling> E. 1.4.1).
Willkür bei der Beweiswürdigung liegt vor, wenn der angefochtene Entscheid offensichtlich unhaltbar ist oder mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht. Dass eine andere Lösung oder Würdigung ebenfalls vertretbar oder gar zutreffender erscheint, genügt für die Annahme von Willkür nicht (<ref-ruling> E. 2.4; <ref-ruling> E. 5.4; je mit Hinweisen). Die Rüge der Willkür muss präzise vorgebracht und begründet werden, ansonsten darauf nicht eingetreten wird (<ref-law>; <ref-ruling> E. 4.2.3; <ref-ruling> E. 2.8; je mit Hinweisen).
1.4 Die in der Anklageschrift geschilderten sexuellen Handlungen an der Geschädigten ergeben sich aus den Videoaufzeichnungen und sind unbestritten. Zu klären war jedoch, ob die Geschädigte zum Widerstand unfähig war.
Die Geschädigte gab konstant an, sie sei auf dem Sofa eingeschlafen und habe von den sexuellen Handlungen bis kurz vor Schluss nichts bemerkt. Sie sei total erschöpft gewesen. Sie habe an jenem Abend reichlich Alkohol konsumiert. Sie trinke sonst nicht regelmässig Alkohol (Urteil E. 4.2 S. 13 und S. 19 ff.). Die Vorinstanz gelangt in ausführlicher Würdigung und nach Sichtung der drei Videoaufzeichnungen zur Überzeugung, die Aussagen der Geschädigten seien glaubhaft (Urteil S. 35-46, insb. Fazit S. 46 oben). Sie führt namentlich aus, es sei davon auszugehen, dass die Geschädigte die Annäherungsversuche des Beschwerdegegners 1 bemerkt und mit einer leichten Kopfbewegung abzuwehren versucht habe, dabei aber eingeschlafen sei. Sie sei beim Entkleiden nicht wach gewesen (Urteil S. 52). Die Vorinstanz weist weiter darauf hin, dass die Geschädigte bei der Eröffnung der Videoaufzeichnungen durch die Strafverfolgungsbehörden fassungslos wirkte (Urteil S. 36). Aufgrund der Aussagen der Beschwerdegegner ist zudem erstellt, dass sie nach den Vorkommnissen auf dem Sofa im Wohnzimmer schockiert war, weinte und die Löschung der Videoaufzeichnungen verlangte (Urteil 46 ff. und S. 60 ff.).
Die Aussagen der Beschwerdegegner erachtet die Vorinstanz demgegenüber teilweise als nicht glaubhaft. Die Behauptung des Beschwerdegegners 1, die Geschädigte sei wach gewesen, als sie sich gemeinsam ausgezogen hätten, bezeichnet sie angesichts der Videoaufzeichnungen als falsch (Urteil S. 46 f. und 52). Auch die Ausführungen der Beschwerdegegner 2 und 3 stünden zum Teil im Widerspruch zu den Videoaufzeichnungen (Urteil S. 49 ff.).
1.5 Gestützt auf die Feststellungen der Vorinstanz ist von einer Widerstandsunfähigkeit im Sinne von <ref-law> auszugehen, da die Geschädigte (alkohol- und müdigkeitsbedingt) schlief, die sexuellen Handlungen nicht bemerkte und sich gegen diese nicht zur Wehr setzen konnte. Widerstandsunfähig ist namentlich auch eine schlafende Person (oben E. 1.2.2). Unerheblich ist, dass die Widerstandsunfähigkeit in der Anklageschrift auch mit einem "komatösen" Zustand umschrieben wird und einer solcher im Sinne der vorinstanzlichen Begriffsumschreibung (Urteil S. 53 f.) nicht vorliegt. Eine eigentliche Alkoholintoxikation oder ein grösserer Schlafmangel (Urteil S. 56) ist ebenfalls nicht zwingend.
Den gegenteiligen Ausführungen der Vorinstanz, denen sich in ihrer Vernehmlassung auch die Beschwerdegegner 1 und 2 (act. 14 und 18) anschliessen, kann nicht gefolgt werden. Entgegen den Einwänden der Beschwerdegegner 1 und 2 (act. 14 Ziff. 35 S. 8 f.; act. 18 S. 5 ff.) kann von einvernehmlichen sexuellen Handlungen nicht die Rede sein.
Den gegenteiligen Ausführungen der Vorinstanz, denen sich in ihrer Vernehmlassung auch die Beschwerdegegner 1 und 2 (act. 14 und 18) anschliessen, kann nicht gefolgt werden. Entgegen den Einwänden der Beschwerdegegner 1 und 2 (act. 14 Ziff. 35 S. 8 f.; act. 18 S. 5 ff.) kann von einvernehmlichen sexuellen Handlungen nicht die Rede sein.
1.6 1.6.1 In subjektiver Hinsicht erfordert der Tatbestand der Schändung, dass der Täter in Kenntnis der Widerstandsunfähigkeit des Opfers handelt. Diese Wendung bringt zum Ausdruck, dass der Täter die Widerstands- bzw. Urteilsunfähigkeit des Opfers wahrgenommen haben muss. Sie hat den Sinn, den Richter dazu anzuhalten, mit besonderer Sorgfalt zu prüfen, ob dem Täter der geistige Defekt seines Opfers wirklich bekannt war. Strafbar ist nach der Rechtsprechung auch der Eventualvorsatz. Eventualvorsätzlich handelt, wer zumindest ernsthaft für möglich hält, dass das Opfer aufgrund seines physischen oder psychischen Zustandes nicht in der Lage ist, sich gegen das sexuelle Ansinnen zur Wehr zu setzen, und es trotzdem zu sexuellen Handlungen bestimmt (Urteil 6S.359/2002 vom 7. August 2003 E. 5.2 mit Hinweisen).
1.6.2 Die Vorinstanz spricht die Beschwerdegegner vom Vorwurf der Schändung im Wesentlichen mit der Begründung frei, es könne nicht ausgeschlossen werden, dass sie insbesondere aufgrund des Verhaltens, welches die Geschädigte während des inkriminierten Ereignisses an den Tag gelegt habe, tatsächlich davon ausgegangen seien, diese sei nicht widerstandsunfähig. Hinzu komme, dass die Beschwerdegegner aufgrund des Verhaltens der Geschädigten im Vorfeld der betreffenden Ereignisse keinen Anlass gehabt hätten, auf einen komatösen Zustand der Geschädigten zu schliessen, sei Letztere doch namentlich in der Lage gewesen, nach dem Verlassen des Taxis das letzte Wegstück zu Fuss zu bewältigen. In Bezug auf den subjektiven Tatbestand würden unüberwindbare Zweifel an der Strafbarkeit der Beschwerdegegner verbleiben (Urteil E. 4.8.5.7 S. 57). Die Beschwerdegegner 1 und 2 folgen auch in diesem Punkt der Argumentation der Vorinstanz (act. 14 und 18).
1.6.3 Der subjektive Tatbestand ist erfüllt, wenn die Beschwerdegegner zumindest ernsthaft für möglich hielten, dass die Geschädigte schlief und sich gegen die sexuellen Handlungen nicht zur Wehr setzen konnte. Sichere Kenntnis um die Widerstandsunfähigkeit ist nicht erforderlich.
Die Vorinstanz geht zu Unrecht davon aus, die Beschwerdegegner hätten sich nur strafbar gemacht, wenn sie Kenntnis eines über den blossen Schlaf hinausgehenden komatösen Zustands im Sinne einer Bewusstseinsstörung gehabt hätten. Zum Widerstand unfähig ist bereits eine schlafende Person, weshalb sich das subjektive Wissen der Beschwerdegegner nur auf den Schlaf der Geschädigten beziehen musste. Darin liegt keine Verletzung des Anklageprinzips. Zwar spricht die Anklageschrift davon, die Beschwerdegegner hätten um den komatösen Zustand der Geschädigten gewusst. Diesen wird darin jedoch auch vorgeworfen, sie seien sich bewusst gewesen, dass die Geschädigte wegen ihres Zustands nicht in der Lage war, sich gegen die sexuellen Übergriffe zur Wehr zu setzen bzw. ihren Willen kundzutun. Dies ist alleine ausschlaggebend.
1.6.4 Die Vorinstanz weist darauf hin, dass die Geschädigte in den ersten sieben bis acht Minuten praktisch reaktionslos auf die an ihr vorgenommenen sexuellen Handlungen blieb. Sie habe namentlich auch keine Reaktion gezeigt, als sie zufolge der intensiven Einwirkungen des Beschwerdegegners 1 auf ihren Intimbereich mit dem unteren Teil ihres Körpers vom Sofa gefallen und vom Beschwerdegegner 1 wieder hochgehoben worden sei (Urteil S. 43 f.). Dass sie später in einer zweiten Phase bis hin zur Aufwachphase namentlich auf die Berührungen im Brust- und Gesichtsbereich auch (vermehrt) Reaktionen (verlangsamte, abwehrende Kopf-, Hand- und Armbewegungen; Verziehen des Gesichts) zeigte (Urteil S. 55 f.), spricht nicht gegen eine Widerstandsunfähigkeit und schliesst nicht aus, dass dieser Zustand für die Beschwerdegegner erkennbar war und auch erkannt wurde.
Die Vorinstanz bezeichnet die Aussage des Beschwerdegegners 1 als Lüge, wonach die Geschädigte beim Ausziehen zu 100 % bei Bewusstsein gewesen sein soll (Urteil S. 46 ff.). Dieser muss mit anderen Worten gewusst oder zumindest in Betracht gezogen haben, dass die Geschädigte nicht bei Bewusstsein war.
Der Beschwerdegegner 1 macht in seiner Vernehmlassung geltend, die Live-Wahrnehmung eines Beteiligten entspreche nicht derjenigen eines Dritten aufgrund von Videoaufzeichnungen. Er sei hauptsächlich mit dem Unterkörper der Geschädigten beschäftigt gewesen. Vor allem habe er sich aber in einem wahnähnlichen, verbissenen Zustand heftiger Erregung befunden, welche seine Auffassungsfähigkeit zusätzlich eingeschränkt habe (act. 14 Ziff. 33 f. S. 8). Passivität während einer sexuellen Handlung müsse nicht nachdenklich stimmen (act. 14 Ziff. 38 S. 9). Diese Ausführungen überzeugen nicht. Die gesamten Umstände zeigen, dass die Beschwerdegegner keineswegs von einer hypothetischen Zustimmung der Geschädigten ausgingen. Vielmehr machten sie sich deren Zustand zu Nutzen und nahmen sexuelle Handlungen an ihr vor, von denen sie wussten, dass sie darin unter normalen Umständen kaum eingewilligt hätte. Dass der Beschwerdegegner 1 sich in einem wahnähnlichen Zustand befunden haben soll, wurde von der Vorinstanz nicht festgestellt.
Ein gleiches Bild ergibt sich aus dem von der Vorinstanz festgestellten Flüstern des Beschwerdegegners 2 (mit dem Beschwerdegegner 3) während des ganzen Vorfalls, welches eine gewisse Heimlichtuerei indiziere (Urteil S. 49). Dies lässt nur den Schluss zu, dass die Beschwerdegegner zumindest ernsthaft für möglich hielten, dass die Geschädigte schlief. Die Gründe dafür mussten sie nicht kennen. Diese lagen angesichts der frühen Morgenstunde nach einer durchgemachten Nacht und des Alkoholkonsums durch die Geschädigte während des gemeinsamen Besuchs eines Nachtlokals jedoch auf der Hand. Die Beschwerdegegner 1 und 2 wenden dagegen ein, gerade weil sie nicht von einer Widerstandsunfähigkeit ausgegangen seien, hätten sie sich zum Flüstern veranlasst gesehen (act. 18 S. 7). Wenn jemand schon bewusstlos oder komatös sei, bestehe kein Anlass für ein solches Verhalten (act. 14 Ziff. 31 S. 8). Die Einwände basieren auf einem falschen Begriff der "Widerstandsunfähigkeit" und gehen an der Sache vorbei.
Der Beschwerdegegner 2 sagte aus, die Geschädigte habe den ganzen Abend ein Theater gespielt (vgl. Urteil S. 49). Selbst wenn die Beschwerdegegner eine solche Möglichkeit in Betracht gezogen hätten, konnten sie angesichts der gesamten Umstände nicht ausschliessen, dass ihr Zustand nicht gespielt war.
1.7 Die Rügen der Beschwerdeführerin sind begründet. Die Beschwerde ist gutzuheissen, der angefochtene Entscheid in Bezug auf den Freispruch vom Vorwurf der Schändung aufzuheben und die Sache zur neuen Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen.
2. 2.1 Damit werden die Beschwerdegegner 1 und 2 als unterliegende Parteien kostenpflichtig. Beide ersuchen um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.
2. 2.1 Damit werden die Beschwerdegegner 1 und 2 als unterliegende Parteien kostenpflichtig. Beide ersuchen um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.
2.2 2.2.1 Das Bundesgericht befreit eine Partei, die nicht über die erforderlichen Mittel verfügt, auf Antrag von der Bezahlung der Gerichtskosten, sofern ihr Rechtsbegehren nicht aussichtslos erscheint (<ref-law>). Wenn es zur Wahrung ihrer Rechte notwendig ist, bestellt das Bundesgericht der Partei einen Anwalt oder eine Anwältin (<ref-law>).
2.2.2 Als bedürftig gilt eine Person, wenn sie die Kosten eines Prozesses nicht aufzubringen vermag, ohne jene Mittel anzugreifen, die für die Deckung des eigenen notwendigen Lebensunterhalts und desjenigen ihrer Familie erforderlich sind. Die prozessuale Bedürftigkeit beurteilt sich nach der gesamten wirtschaftlichen Situation des Rechtsuchenden im Zeitpunkt der Einreichung des Gesuchs (<ref-ruling> E. 5.1 mit Hinweisen). Grundsätzlich obliegt es dem Gesuchsteller, seine Einkommens- und Vermögensverhältnisse umfassend darzulegen und soweit wie möglich zu belegen. Aus den eingereichten Belegen muss auf jeden Fall der aktuelle Grundbedarf des Gesuchstellers hervorgehen. Die Belege haben zudem über sämtliche finanziellen Verpflichtungen des Gesuchstellers sowie über seine Einkommens- und Vermögensverhältnisse Aufschluss zu geben. Kommt der Gesuchsteller seinen Obliegenheiten nicht nach, ist das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege abzuweisen (<ref-ruling> E. 4a).
2.2.3 Der Beschwerdegegner 1 hat angesichts seiner Einkommens- und Vermögensverhältnisse als bedürftig zu gelten. Seinem Gesuch um unentgeltliche Verbeiständung wurde mit Verfügung vom 26. April 2012 stattgegeben und Rechtsanwalt Patrick Imbach als amtlicher Verteidiger eingesetzt. Aus den gleichen Gründen ist auch das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege gutzuheissen.
2.2.4 Der Beschwerdegegner 2 verfügt über ein Bruttoeinkommen von Fr. 4'500.-- pro Monat. Besondere Auslagen macht er nicht geltend. Seine Bedürftigkeit ist nicht erstellt. Sein Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung ist abzuweisen.
2.3 Der Beschwerdegegner 3 stellt vor dem Bundesgericht keine Anträge. Ihm sind für das bundesgerichtliche Verfahren keine Kosten aufzuerlegen.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird gutgeheissen, das Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich vom 14. Oktober 2011 wird in Bezug auf die Freisprüche vom Vorwurf der Schändung aufgehoben und die Sache zur neuen Entscheidung an die Vorinstanz zurückgewiesen.
2. 2.1 Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung von A._ wird gutgeheissen.
2.2 A._ werden keine Gerichtskosten auferlegt.
2.3 Rechtsanwalt Patrick Imbach wird für das bundesgerichtliche Verfahren eine Entschädigung von Fr. 1'500.-- aus der Bundesgerichtskasse ausgerichtet.
3. 3.1 Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung von B._ wird abgewiesen.
3.2 B._ werden Gerichtskosten von Fr. 700.-- auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 21. Juni 2012
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Mathys
Die Gerichtsschreiberin: Unseld