Faits: A. Par arrêt du 27 février 2009, la Cour d'assises du canton de Genève a condamné X._ à une peine privative de liberté de trente-quatre mois pour actes d'ordre sexuel commis sur la personne de A._, qui s'était retrouvée en état d'incapacité de discernement ou de résistance (art. 191 CP). La peine a été prononcée sans sursis à raison de dix-sept mois, X._ étant mis, pour le surplus, au bénéfice du sursis partiel, avec un délai d'épreuve fixé à cinq ans. Cette condamnation repose sur les faits suivants : Le 23 avril 2006, en début de matinée, après une nuit blanche et passablement arrosée (bière, vodka, whisky) passée dans deux établissements genevois, X._, B._, C._ et A._ ont accepté l'invitation de D._ de se rendre à son domicile pour y manger une soupe traditionnelle. B._ et C._ sont allés acheter deux bouteilles de vodka et une bouteille de Red Bull. Dans l'appartement, les cinq protagonistes ont joué à un jeu de la vérité à connotation sexuelle, ont persisté à s'enivrer et ont dansé. Après avoir bu une vodka Red Bull, A._ ne s'est plus souvenue de ce qui s'est passé. Elle n'a recouvré ses esprits qu'à 18 heures, où elle a alors constaté que son visage était tuméfié et que son corps présentait de nombreuses blessures et contusions. Les examens médicaux effectués le lendemain ont mis en évidence des lésions notamment anales. A._ a déposé une plainte pénale contre X._, B._ et C._, lesquels, après avoir nié avoir eu des relations sexuelles, ont prétendu qu'elle avait consenti à leurs assauts sexuels conjugués, qu'ils avaient photographiés et filmés sur leur téléphone mobile, avant de les détruire pour partie. B. B.a Par arrêt du 14 septembre 2009, la Cour de cassation genevoise a annulé l'arrêt du 27 février 2009 de la Cour d'assises en ce qui concerne la peine infligée à X._ et renvoyé la cause à l'autorité de jugement pour nouvelle décision. En effet, elle a considéré que l'autorité de jugement avait indiqué à tort qu'il y avait concours d'infractions justifiant une augmentation de la peine dans une juste proportion. B.b Par arrêt du 7 juin 2010, la Cour d'assises du canton de Genève a condamné X._ à une peine privative de liberté de vingt-neuf mois et quinze jours pour actes d'ordre sexuel commis sur une personne incapable de discernement ou de résistance. Cette peine - complémentaire à celle prononcée le 2 juillet 2009 par le Ministère public genevois - a été prononcée sans sursis à raison de douze mois, X._ étant mis, pour le surplus, au bénéfice du sursis partiel, avec un délai d'épreuve fixé à cinq ans. C. C.a Par arrêt du 25 novembre 2010, la Cour de cassation genevoise a admis partiellement le pourvoi de X._ en tant qu'il portait « sur la quotité de la peine ferme et la durée du délai d'épreuve » et a renvoyé la cause « à l'autorité de jugement pour nouvelle décision dans le sens des considérants ». En effet, elle a considéré qu'en fixant à douze mois la peine privative de liberté ferme à subir, l'autorité de jugement avait mal exercé son pouvoir d'appréciation, dès lors qu'elle avait infligé à X._ une peine ferme identique à celle de son coaccusé dont le cas était plus grave. Il en allait de même de la durée du délai d'épreuve du sursis partiel, fixée à cinq ans pour les deux protagonistes qu'il convenait de différencier. C.b Par jugement du 21 mars 2011, le Tribunal correctionnel du canton de Genève a fixé à dix mois la partie de la peine devant être exécutée par X._ et l'a mis au bénéfice du sursis pour le solde de dix-neuf mois et quinze jours, avec un délai d'épreuve de trois ans. D. Par jugement du 7 juillet 2011, la Chambre pénale d'appel et de révision de la Cour de justice genevoise a rejeté l'appel formé par X._ contre le jugement du 21 mars 2011. E. X._ dépose un recours en matière pénale devant le Tribunal fédéral contre les arrêts du 14 septembre 2009 et du 25 novembre 2010 de la Cour de cassation et l'arrêt du 7 juillet 2011 de la Chambre pénale d'appel et de révision de la Cour de justice. Il conclut, principalement, à l'annulation des arrêts attaqués et au renvoi de la cause à l'autorité cantonale pour nouvelle décision. En outre, il sollicite l'assistance judiciaire. 